Межзвездный рой: мечты об Альфе Центавра

Хотя звезды очень далеки от нас, идея полета к ним — одна из самых завораживающих в истории человечества. Пока она остается лишь идеей, но интерес к ней не падает, и каждый год появляются новые амбициозные проекты строительства звездолетов. Причем некоторые из них вполне могут быть реализованы в ближайшем будущем.

Корабли поколений

В середине ХХ века фантасты на страницах своих романов с большим энтузиазмом занялись активным освоением Галактики: в моду вошла так называемая «космическая опера», в которой научно-техническая достоверность не имела значения, что позволяло полностью раскрыть воображение. Впрочем, и тогда нашлись писатели, которые задумались, что полеты к звездам — это довольно трудоемкое, опасное, но, главное, очень долгое дело, причем сам полет может занять сотни лет. В результате появилась концепция «корабля поколений» — то есть звездолета-города, в котором экипаж включает не только взрослых космонавтов, но и их детей и внуков, которым предстоит завершить многолетнюю миссию. Кстати, первым концепцию «корабля поколений» высказал наш соотечественник — советский писатель Вивиан Итин в повести «Страна Гонгури», опубликованной в 1922 году.

В начале 1960-х годов в научном сообществе воцарилась определенная эйфория, обусловленная эффектными достижениями пилотируемой космонавтики. Различные проекты звездолетов обсуждались и в массовых журналах, и в серьезных монографиях, и на международных конференциях. Наиболее популярной в то время была идея фотонных (квантовых) ракет, которые теоретически могли развить субсветовые скорости и за счет релятивистских эффектов добраться до звезд за время, сравнительно короткое для экипажа. Проблема состояла в том, что источником тяги у фотонных ракет служила аннигиляция материи с антиматерией, причем последней требовалось десятки тысяч тонн. Многочисленные изобретатели и фантасты делали ставку на скорое появление технологии синтеза антивещества, однако до сих пор в этом деле нет существенных прорывов, а количество полученного антивещества измеряется не граммами, а отдельными атомами.

Позднее появились и другие оригинальные идеи: например, в рамках проектов «Орион» и «Дедал» предлагалось построить звездолеты, которые разгонялись бы серией атомных взрывов. В качестве средства для достижения релятивистских скоростей рассматривались и солнечный парус, и прямоточный двигатель Бассарда. К сожалению, все эти варианты очень дороги и не могут обеспечить быстрого решения главной задачи — полета к ближайшей звезде и обратно в течение жизни поколения. Поэтому в начале 1980-х годов обсуждение пилотируемых вариантов «приморозили», а на передний план вышли проекты легких исследовательских зондов, которые проще разогнать и которые не нуждаются в громоздкой системе энергообеспечения.

Звездный выстрел

В 1985 году американский физик Роберт Форвард предложил концептуальный проект зонда «Звездная дымка» (Starwisp), который предусматривает создание тончайшего паруса-сетки весом всего 20 граммов, разгоняемого узконаправленным микроволновым лучом мощностью 10 Гигаватт с околоземного спутника. При ускорении 115 g парус-сетка разовьет скорость 20% от световой в течение недели. В узлах сетки Форвард собирался разместить микросхемы, обладающие элементарной логикой и светочувствительностью. К моменту прилета зонда в систему ближайшей к нам звезды Альфы Центавра, загодя, передатчик на околоземной орбите снова включится и «затопит» чужой мир потоком микроволновой энергии. Используя проволочные ячейки сетки как антенны приемников, микросхемы зонда соберут эту энергию, и зонд проведет необходимые исследования. Затем ячейки из приемных превращаются в передающие антенны, и полученная информация уходит к Земле.

Идея Роберта Форварда в то время не вызвала большого интереса и была надолго забыта. Сегодня ее пытаются возродить на новом техническом уровне знаменитый астрофизик Стивен Хокинг и российский миллионер Юрий Мильнер. 12 апреля, в день 55-летнего юбилея первого пилотируемого полета в космос, совершенного Юрием Гагариным, они выступили с презентацией проекта «Звездный выстрел» (Starshot). Согласно предложенной ими концепции, в полет к Альфе Центавра отправится целый рой микроскопических аппаратов (StarChip) весом несколько граммов, каждый из которых будет снабжен легчайшим светоотражающим парусом. Разгонять рой будет огромный наземный лазер мощностью 100 Гигаватт, построенный в высокогорном районе для снижения возможного нагрева атмосферы. Как и в проекте Форварда, рой планируется разогнать до скорости 20% от световой. Пролетая сквозь систему Альфы Центавра, микрозонды детально заснимут находящиеся там планеты и передадут данные на Землю. На проработку технических аспектов миссии спонсоры «Звездного выстрела», к которым присоединился создатель социальной сети Facebook Марк Цукерберг, выделяют 100 миллионов долларов.

Проблемы роя

Не нужно думать, что авторы «Звездного выстрела» не понимают сложность сформулированных задач. Скажем, для нормальной работы микроскопический аппарат StarChip должен уметь ориентироваться в пространстве, производить съемку выбранных объектов, иметь защиту от разрушения космическими частицами и собственный источник энергии. Такой техники пока не существует, точнее — она существует, но имеет солидные размеры и массу, измеряемую килограммами, а не граммами. Тем не менее, отдельные решения по снижению массы зондов предлагаются прямо сейчас: для системы ориентации авторы проекта собираются использовать фотонные двигатели малой тяги; в качестве источника энергии — радиоизотопный распад или нагрев поверхности зондов при столкновении с межзвездной пылью, в качестве телекамер — специальные полупроводниковые устройства, которые не требуют зеркал, линз и других движущихся частей.

Большие вопросы вызывает и лазерная установка, которая будет разгонять рой StarChip на пути к звездам. Цена на лазерные усилители падает по мере их совершенствования и расширения серийного производства, но в любом случае строительство установки потребует не миллионы, а десятки миллиардов долларов. К тому же 100 Гигаватт энергии – это в четыре раза больше, чем сегодня дают в России все наши атомные электростанции. Хотя общественность приняла презентацию, устроенную Хокингом и Мильнером с большим интересом (еще бы, ведь речь идет о миллионах долларов!), ученые отнеслись к затее скептически. В частности, российский физик Борис Евгеньевич Штерн подверг проект уничижительной критике. В своей статье «Двойка по физике» он указывает, что под воздействием лазерного луча столь высокой мощности температура паруса поднимется до 30 000 К, что приведет к его мгновенному испарению. Кроме того, пишет Штерн, если лазерная установка будет размещена на Земле, хотя бы и в высокогорном районе, сфокусировать ее луч на отражающей поверхности размером в несколько метров не получится за счет искажения, которое вносит атмосфера. Почему-то авторы проекта забыли и о том, что рой зондов будет проходить рядом с чужой звездой, поэтому слабенькие потоки данных, передаваемых микроскопическими StarChip, окажутся «забиты» ее «шумом». Если же получится построить приемник, способный выделить столь малый сигнал на фоне «шума», то нет никакого смысла запускать зонды: он сам сможет служить превосходным инструментом для изучения ближайших планетных систем.

Возможно, скептики правы, и проект «Звездный выстрел» — это всего лишь пиар-акция, призванная пробудить интерес к теме. Однако вполне вероятен и другой вариант: в ходе решения сложных технических проблем, связанных с проектом, ученые сумеют нащупать путь к созданию реального межзвездного зонда, который отправится в дальнее путешествие еще при нашей жизни.