Мнение ветерана. Как долететь до Альфы Центавра — технические подробности Получение изображений с помощью массива лазерных излучателей

Межзвездные путешествия, которые на протяжении многих лет были основным элементом научной фантастики, уже сегодня могут стать реальностью — были бы деньги. Всего за 100 миллионов долларов или около того клиент может фактически приобрести новейшую коммерческую ракету и отправиться в путешествие за пределы Солнечной системы. Ключевым здесь является терпение. Если такую ракету уже завтра запустить к ближайшему порту назначения — потенциально обитаемой экзопланете Проксима b, обнаруженной совсем недавно в тройной звездной системе Альфа Центавра на расстоянии 4 световых лет от Земли, — перелет займет 80 000 лет.

Вместо того, чтобы тратить 100 миллионов долларов на такой медленный транспорт, в апреле прошлого года предприниматель-миллиардер Юрий Мильнер заявил, что потратил бы те же деньги, чтобы придумать другой способ добраться до системы Альфа Центавра в сроки, не превышающие предела человеческой жизни. Проект под названием Breakthrough Starshot («Прорыв к звездам» — прим. пер.) предусматривает глобальный отказ от ракет в пользу светового паруса — тончайшей зеркальной поверхности, которая приводится в движение лазерными лучами и помогает набирать высокую скорость в космосе. Предварительные планы данного проекта предусматривают использование обычных ракет, посредством которых уже в начале 2040-х годов на земной орбите планируется установить тысячи четырехметровых световых парусов массой всего один грамм каждый. В паруса будут помещены сантиметровые чипы со встроенными камерами, датчиками, реактивными двигателями и батареями. Каждый сверхлегкий космический аппарат будет с помощью наземного лазера мощностью 100 гигаватт направлен с околоземной орбиты в сторону системы Альфа Центавра со скоростью 20 процентов от скорости света. В этом случае межзвездный полет занял бы всего лет 20, и зонды достигли бы Альфу Центавра уже в 2060-е годы.

Но такие высокие скорости стоят больших денег. Даже самые скромные сметы проекта Starshot намного превышают первоначально вложенные Мильнером 100 миллионов долларов — на разработку проекта в течении десятилетий может потребоваться 10 миллиардов, а может и больше, в основном ввиду огромных расходов на строительство наземной лазерной установки. Обойтись без государственной помощи и международного сотрудничества, вероятнее всего, не удастся. Кроме того, световые паруса, которым предстоит пережить 20-летнее путешествие, пронесутся по системе Центавра так молниеносно, что у них будет всего несколько секунд для получения макрофотографий и других данных о Проксима b и любых других планетах рядом с ней. И пока зонды будут удаляться в межзвездную темноту, световые паруса попытаются передать драгоценную информацию на Землю с помощью лазерных лучей, мощность которых не превышает мощность сигнала обычного сотового телефона.

Медленное путешествие к звездам

Некоторые критики считают это суетливое стремление к Альфе Центавра неудачным капиталовложением. «Узнав о проекте Starshot, мы сочли расточительным тратить такие деньги на пролетную миссию, которая займет несколько десятилетий, а на снимки будет пара секунд», — говорит независимый исследователь Майкл Хиппке из Германии. Работая с Рене Хеллер, астрофизиком из Института исследований Солнечной системы Макса Планка в Геттингене, Хиппке разработал альтернативную программу полета, которая, по его словам, научной пользы принесет больше, а затрат потребует меньше. Вместо строительства многомиллиардной лазерной установки для разгона крошечных световых парусов до околосветовой скорости и их однократного пролета Хеллер и Хиппке предлагают использовать один только свет звезд для отправки на меньшей скорости более крупных парусов ко всем трем звездам в системе Альфа Центавра с возможностью «парковки» на орбитах. Результаты их исследований будут опубликованы в выпуске журнала Astrophysical Journal Letters от 1го февраля.

Контекст

В погоне за космическими туристами

La Stampa 06.09.2016

Этика космических проектов

Aeon Magazine 22.06.2016

Как наноспутник может добраться до звезды

Wired Magazine 17.04.2016
Суть их предложений заключается в том, чтобы использовать не только солнечный свет для ускорения покидающих нашу систему световых парусов, но также свет и гравитацию трех звезд системы Альфа Центавра в конце полета. Хеллер и Хиппке вычислили, что такое путешествие под силу парусу умопомрачительно низкой плотности, весящему около 100 граммов и занимающему площадь в 100 тысяч квадратных метров (а это примерно 15 футбольных полей!). Такая конструкция паруса представляется возможной, учитывая быстрое развитие науки о материалах. Постепенно регулируя угол по мере приближения к звездам для захвата большего давления радиации последних, такой парус может развить достаточную скорость для закрепления на какой-либо орбите внутри системы.

Чтобы добраться до потенциально обитаемой планеты Проксима b, такие «фотогравитационные» вспомогательные системы, как это ни странно, потребуют отправки светового паруса сначала к ярким солнцеподобным звездам Альфа Центавра А и Альфа Центавра B, несмотря на то, что они расположены на два триллиона километров дальше от нас, чем менее крупная и тусклая материнская звезда планеты Проксима b — Проксима Центавра. Это происходит вследствие торможения, обусловленного высоким давлением радиации звезд Альфа Центавра A и B, а, следовательно, более стремительного приближения к системе светового паруса любого размера. Но радиация звезд-близнецов имеет предел; если огромный парус Хеллер и Хиппке разовьет скорость выше, чем 4.6 процента от скорости света, он просто проскочит мимо системы. Они предполагают, что полет к Альфа Центавра A и B займет почти столетие, за которым последуют еще 50 лет путешествия до конечного пункта назначения — устойчивой орбиты вокруг Проксимы.

«Ваше путешествие заняло бы в 7 раз больше времени, чем 20-летния миссия Starshot, зато вы могли бы потратить на тщательные исследования годы и даже десятилетия, а не несколько секунд», говорит Хеллер. Сравнивая соотношение времени на исследования и времени на путешествия в обоих случаях, Хеллер добавляет, «Starshot мог бы использовать для исследований на месте лишь стомиллионную часть всей миссии, а мы — порядка одной сотой, то есть в миллион раз больше». Кроме того, задействуя для запуска паруса солнечный свет, такой вариант исключает необходимость строительства многомиллиардного лазерного блока.

И все же, предлагаемое ими 150-летнее путешествие нельзя начать прямо завтра. Предложение Хеллер и Хиппке, помимо прочего, предусматривает редкую конфигурацию звезд системы Альфа Центавра, которая случается лишь раз в 80 лет, когда все их орбиты находятся в одной плоскости, пересекающей траекторию любого зонда из нашей Солнечной системы. В следующий раз это произойдет в 2035 году, но за такой короткий промежуток времени ни один парус даже приблизиться к системе не сможет. Хеллер и Хиппке предлагают ждать следующего такого «выравнивания» в 2115 году.

По словам Хеллер, отправка их паруса напрямую к звезде Проксима Центавра потребовал бы намного более низких космических скоростей за счет слабого радиационного давления и тормозной способности меньшей из двух звезд, в результате чего общее время перелета достигло бы целого тысячелетия.

Терпение, пожалуйста

Хиппке считает миссию с участием нескольких поколений с конечным пунктом на орбите вокруг Альфы Центавра стоящей ожиданий, даже если ее возвращения он никогда не увидит. «Удивительные фотографии с этих космических зондов будут получать наши дети и внуки. Только представьте себе инопланетные реки, вулканы и, возможно, даже экзотическую жизнь!» Выбор в пользу миссии длиною в столетие открывает возможности для изучения также других близлежащих ярких звезд, говорит Хиппке. Крупная звезда Сириус, к примеру, всего раза в два дальше, чем Альфа Центавра — но так как светит она примерно в 25 раз ярче Солнца, тормозной эффект от давления радиации у нее сильнее, а это обеспечит более скоростное приближение к ней световых парусов. Как бы то ни было, возможность направления световых парусов на орбиту многих близлежащих звезд предполагает естественное завершение следующими поколениями в долгосрочной перспективе неотложных целей миссии Starshot.

Несмотря на все эти преимущества, Ави Лёб, астроном Гарвардского университета и председатель научно-консультативного комитета проекта Breakthrough Starshot, не убежден в том, что это альтернативное предложение предлагает реальные преимущества по сравнению с планом Starshot использовать лазерную установку гигаваттного класса для отправки к звездам малых парусов. «Для достижения околосветовой скорости при использовании света звезд нужен очень тонкий парус,» говорит Лёб, отмечая, что чем меньше давление солнечного света, тем ниже должна быть плотность светового паруса. Хиппке и Хеллер говорят, что, теоретически, их паруса могут быть созданы из сверхлегких высокопрочных материалов, таких как графен, но Лёб сомневается в том, что создание для межзвездного зонда листа графена в несколько атомов толщиной и площадью 100,000 квадратных метров окажется легче, чем сооружение массивной лазерной установки. «Такая поверхность на порядок тоньше, чем длина волны света, которую она должна отражать, и поэтому отражательная способность ее будет низкой», — говорит Лёб. «Не представляется возможным уменьшить на несколько порядков вес и при этом сохранить жесткость и коэффициент отражения материала паруса». Иными словами, графеновый парус площадью 100,000 квадратных метров может оказаться слишком хлипким для реальных космических перелетов. Кроме того, в планы проекта Starshot входит запуск не одного, а тысячи парусов, и даже если каждый успешно пересекший межзвездное пространство зонд получит всего несколько секунд на панорамные снимки, их количество превзойдет то, что можно было бы добыть ходе нескольких последовательных пролетов.

Самой большой, по мнению Лёба, проблемой является то, переживут ли амбициозные планы проектов с участием нескольких поколений неизбежную встречу с бренностью человеческой жизни. «Если игнорировать длительность путешествия, всегда можно использовать обычные ракеты и малыми потерями добраться до системы Альфа Центавра через 80 000 лет», — говорит он. «Но люди, которые работают над проектом Starshot, более амбициозны. Мы хотим добраться туда при нашей жизни».

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.

Альфа Центавра - ближайшая к Земле звездная система, находящаяся на расстоянии 4,36 световых года, или более 40 триллионов километров. Это так далеко, что, даже если звездолет сможет развить скорость света (что уже более чем затруднительно), лететь до дочки назначения ему придется больше четырех лет. По расчетам авторов проекта, их космические зонды смогут развить скорость в 161 млн км/ч и достигнут звезды примерно за 10 лет. Сотни и тысячи крошечных аппаратов будут разгоняться лазерными лучами.

Как показали данные наблюдений телескопа Hubble, вокруг звезды Альфа Центавра B может вращаться планета размером примерно с Землю, которая и является главной целью миссии. Есть предположения, что планета находится в самом центре обитаемой зоны звезды и имеет период обращения от 80 до 136 дней.

Проект финансирует российский предприниматель Юрий Мильнер, - он предоставит сумму в размере 100 млн долларов. Сумма действительно астрономическая, хотя для проекта такого масшата это немного. Для сравнения миссия Марсианской научной лаборатории Curiosity обошлась в 2,5 млрд долларов, а запуск аппарата «Розетта» и зонда «Филы» к комете Чурюмова-Герасименко стоил около 1,4 млрд евро.

С чего началось сотрудничество Хокинга и Мильнера

​Александр Родин

заместитель руководителя лаборатории инфракрасной спектроскопии планетных атмосфер высокого разрешения МФТИ, заместитель декана факультета проблем физики и энергетики МФТИ

Сравнительные характеристики Солнца и звезд системы Альфа Центавра

Какие неувязки есть в концепции полета

Владимир Сурдин

Старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П.К.Штернберга, доцент физического факультета МГУ

«​Идея межзвездных микро​зондов, запускаемых к интересным звездам и экзопланетным системам, давно обсуждается. Создать их вполне по силам современной технике. Не решенные пока проблемы - цели и методы запуска.

Метод запуска, предложенный в Breakthrough Starshot, - световой парус, воспринимающий давление лазерного луча, - пока неосуществим, поскольку нет ни гигаваттных лазеров непрерывного действия, ни материалов для изготовления паруса и зонда, способных выдержать гигантские потоки излучения. Оценки относительно мощности лазера и длительности разгона зондов вполне верные, но я сомневаюсь, что за разумное время удастся воплотить эти требования в жизнь.

Для целей противоракетной обороны пытались создать подобные, но менее мощные лазеры, однако сделать это не удалось, несмотря на большие затраты.​ Такие лазеры нужны не только военным, но и для термоядерной энергетики и борьбы с опасными астероидами. Но как метод запуска межзвездных зондов лазерное ускорение мне кажется неперспективным.

​Возможности нанозонда, проносящегося мимо планеты со скоростью около 100 тыс. км/с, детально исследовать эту планету тоже сомнительны. О том, как передать собранные данные на Землю, в проекте Мильнера сказано весьма туманно, поэтому обсуждать пока нечего.

​Эффективность проекта по параметру «ожидаемый результат/затраты» мне кажется очень низкой. Если вложить те же средства в строительство наземных и космических телескопов, то результат в изучении землеподобных планет будет получен быстрее.

Обычно ученые стараются экономно использовать свои небольшие средства, т. е. деньги налогоплательщиков, как правило, рассчитывая на гарантированный результат. Но если богатый романтик, каким демонстрирует себя Юрий Мильнер, хочет осуществить прорыв, то зачем ему мешать? Он собрал очень авторитетную команду, он тратит свои деньги. Этому проекту можно лишь пожелать успеха, хотя бы частичного. И по мере сил и знаний помогать ему». ​


Художественное изображение видов с гипотетической планеты, вращающейся вокруг Альфы Центавра B

© Planetarium Göttingen

Когда это будет возможно

«На техническую реализацию проекта разработчики отводят не менее 20 лет и вкладывают достаточно серьезные для начального этапа средства. Этот же проект годом ранее поддержало NASA, выделив грант в размере $100 тыс. Современная цивилизация уже развивается в тех направлениях, на которые полагаются авторы проекта. Например, развитие фотоники и нанотехнологий позволяет предположить, что через 10–20 лет можно будет создать полноценный космический аппарат размером с почтовую марку. Сейчас требуется инвестировать в нужные разработки, чтобы получить долгосрочный результат. Причем, создав такой космический аппарат для полета к звездам, можно существенно изменить и рынок околоземных спутников, т. е. перспективная фантастическая разработка окажет влияние и на околоземную прикладную отрасль.

Самым слабым и одновременно самым сильным местом всей затеи является достаточно мощная лазерная пушка. Создать ее на Земле - это чисто инженерная задача, которая упирается только в финансирование. Если же потребуется повысить ее эффективность, то нужно выносить лазер в космос, и тут помимо экономических и технических вопросов возникает еще вопрос гуманитарный - кто будет эту пушку контролировать? В свободное от запуска межзвездных почтовых марок время эта пушка может испарять космический мусор, отклонять летящие к Земле астероиды, передавать энергию на земные электростанции, но может с тем же успехом поджаривать руководителей неугодных режимов или танковые колонны неугодных стран. Готово ли человечество выдать такую силу в одни руки? Этот вопрос сложнее, чем споры о том, сколько спутников поместится на острие иглы».

Какова главная цель миссии


Александр Родин
: «Самое интересное - не в области физики или инженерии, а в управлении массовым сознанием. Во всеуслышание заявляется недостижимая цель, назначается срок выполнения, не предполагающий какой-либо ответственности, и, главное, история раскручивается в СМИ. Сумма инвестиций при этом называется весьма скромная - заявленные $100 млн в пересчете на двадцатилетний период соответствует бюджету одной крупной лаборатории. Вывод напрашивается сам собой: никто никуда лететь не собирается, а вся история придумана с какой-то иной целью».

Не так давно Мильнер и Хокинг нашумели анонсом своего проекта Breakthrough Starshot. Проект стоит $100 млн, которые будут потрачены на исследование технической возможности полета до Альфы Центавра. Инженерная и исследовательская фаза продлятся некоторое количество лет, после чего разработка самой миссии полета к Альфе Центавра потребует бюджета крупнейшего на сегодня научного эксперимента.

Итак, что же известно на данный момент от разработчиков проекта?


Концепт системы, включая лазерный излучатель и световой парус

Проект Breakthrough Starshot, по словам авторов, - это попытка подойти к космическим путешествиям со стороны Кремниевой Долины.

Он предполагает постройку массива лазеров в высокогорных районах Земли, и создание специальных нанокрафтов - массива космических фемтоспутников , которые разгоняются излучением этих лазеров.

Компоненты системы

Нанокрафты - это роботизированные космические корабли массой порядка граммов, состоящие из двух частей:

1) Электронный модуль StarChip: Закон Мура позволил значительно уменьшить в размерах электронные компоненты. Это позволяет создать граммовые устройства, несущие на себе камеры, фотонные подруливатели, питание, навигационное и коммуникационное оборудование, представляющие собой полностью функциональный космический зонд. При этом стоимость этих зондов при массовом производстве будет равна стоимости смартфона.

4 камеры
Камеры на 2 мегапикселя, массой менее грамма доступны по низкой цене. Их развитие также подчиняется закону Мура, позволяя удваивать количество пикселей для той же массы матрицы каждые два года.

Интересны также потенциальные возможности камер, работающих по принципу плоского массива Фурье-захвата (PFCA). Они не требуют зеркал, линз и других движущихся частей. Состоят из массива полупроводниковых элементов, которые реагируют на свет в зависимости от его угла падения.

По объему PFCA могут быть в 100 тысяч раз меньше самой маленькой фокусной камеры. Впрочем, пока данная технология находится на старте своего пути.


Мона Лиза, снятая камерой PFCA.

Защитное покрытие
Специальное покрытие необходимо для защиты конструкции нанокрафтов от столкновения с частицами в межзвездном пространстве. Один из таких материалов - это бериллиево-медный сплав.
Батарея
Конструкция батареи представляет собой один из самых сложных технических вызовов проекта.

В настоящее время, в качестве основного источника энергии на борту рассматривается плутоний-238 или америций-241. На питание системы отведено 150 грамм. Сюда включена масса радиоизотопа и суперконденсатора, который будет заряжаться от ядерного распада.

Существуют также идеи воспользоваться нагревом фронтальной части поверхности нанокрафтов (из-за взаимодействия с межзвездной пылью). Тепловой источник может обеспечить подачу 6мВт на каждый квадратный сантиметр своей площади во время крейсерской фазы миссии в межзвездном пространстве.

Сам световой парус, возможно, удастся покрыть тонкой пленкой из фотоэлектрического материала, как это было сделано в японской миссии солнечного паруса IKAROS . Это может оказаться очень полезным при приближении к другой звезде на расстояние 2 астрономических единиц. На расстоянии 1 астрономической единицы подобный материал, даже обладая эффективностью всего 10%, будет способен обеспечить 2кВт мощности. Это более чем в 100 тысяч раз превышает мощность радиоактивного источника энергии, и, вероятно, позволит достигнуть значительно более высоких скоростей передачи данных по лазерной связи.

Коммуникация

Ориентация передатчика на Землю
Поиск Земли - достаточно простая задача, учитывая ее близость к Солнцу - очень яркой звезде, если смотреть со стороны Альфы Центавра.

Из-за дифракционного предела, угловой диаметр луча длиной волны 1 микрон на антенне метрового класса, составит около 0.1 угловой секунды. Ориентация такой точности может быть достигнута при использовании фотонных двигателей малой тяги.

Посылка изображений с помощью лазера, используя парус как антенну
Изображения целевых планет могут передаваться одноваттным лазером на борту, в импульсном режиме. При подходе к цели, парус будет использоваться для фокусировки лазерного сигнала.

Например, для паруса размером 4м, дифракционный предел размера пятна на Земле будет порядка 1000м . Примерно такого же масштаба планируется делать принимающий массив антенн. Использование паруса в качестве оптической системы может потребовать разных форм паруса на старте миссии (при разгоне) и во время коммуникационной фазы. Для более эффективной передачи информации, при приближении к цели, парусу может быть придана форма линзы Френеля. Из-за доплеровского эффекта при сдвиге нанокрафтов относительно Земли, необходимо использование волны лазера короче, чем у системы запуска - это позволит поддерживать высокую скорость передачи через атмосферу нашей планеты.

Получение изображений с помощью массива лазерных излучателей
Недавние успехи группы MIL Lincoln Labs и Лаборатории Реактивного Движения показали возможность детектировать единичные фотоны, испускаемые лазером с очень больших расстояний. В настоящее время рекордсменом является система LADEE, которая способна работать на лунных расстояниях. Она использует методику криогенно охлажденных нанотрубок. Это позволяет передавать 2 бита на фотон. Система использует 10см оптику на космическом корабле и однометровый телескоп на земле.

Массив лазерных излучателей, задействованый при разгоне нанокрафтов, будет использована в инверсном режиме, как массив принимающих антенн.

Солнечный парус

Целостность паруса под тягой
На этапе исследования предполагается использование в миссии 100 гигаватного лазера. Как такое излучение повлияет на солнечный парус?

Самый совершенный отражающий материал на сегодня - это диэлектрическое зеркало - композитный материал с толщиной слоя подобранной под длину волны.

Диэлектрическое зеркало способно снижать количество поглощаемого тепла на 5 порядков, отражая 99.999% излучения.
Для лазера 100 ГВатт и паруса 4х4м - это значит что каждый квадратный метр паруса будет нагреваться энергией в 60 кВт. Это очень много - около 50 электрических чайников на полной мощности. Такую мощность рассеять излучением трудно. Но, как утверждают разработчики, это нагреет парус, но не расплавит его. Предполагается, что используя полностью диэлектрический парус с оптимизированными материалами будет возможно снизить поглощение ниже 9 порядков от приходящего излучения.

Рассматриваются варианты использования новых материалов вроде графена.

Возможно также использование материалов с низким поглощением, даже без высокой отражающей способности (например, стекло). Подобные материалы применяются в оптоволоконной оптике при высоких нагрузках.

Кроме защиты со стороны паруса, электроника модуля StarChip должна быть защищена от набегающего потока. Это может быть достигнуто сочетанием геометрии (ориентируя электронику «в профиль», с низким поперечным сечением) и покрытием самых важных компонентов специальной защитой. Такими покрытиями могут выступать упоминавшиеся многослойные диэлектрические решения, уже продемнострированные в лабораториях. Слабо поглощающий материал паруса вместе с ограниченным использованием высокоотражающего материала для защиты электроники, будет защищать StarChip не превышая граммового масштаба массы модуля. Для дальнейшего производства изучается конструкция из кремниевых микрокубов на подложке из диоксида кремния.

Устройство
Необходимо разработать скелет паруса, который будет держать нагрузку при разгоне устройства, быть устойчивым к взаимодействию с межзвездной средой, и будет способен менять форму паруса. В данный момент рассматривается ряд композитных материалов на основе графена, которые способны менять свою длину в зависимости от электрического напряжения, приложенного к ним. Ранее было показано, что центробежное ускорение крошечных масс по краям может натягивать парус.
Удержание на луче
Форма луча и устройства светового паруса должны быть оптимизированы для стабильности на фазе запуска. В этот период порядка 10 минут, парус получает 1 тераджоуль световой энергии. По этой причине, даже мелкие различия свойств паруса или неоднородности луча, переместят центр давления с центра масс паруса, и сместят его вектор тяги.

Современная индустрия оптических покрытий при массовом производстве смартфонов и телескопной оптики уже находится на приемлемом для миссии уровне качества. Но конечный материал паруса пока не существует и должен быть разработан.

Лазерный излучатель

Стоимость
Оценка ориентировочной стоимости лазерного массива на Земле основана на экстраполяции двух последних десятилетий, а также на перспективах удешевления при массовом производстве.

Стоимость лазерных усилителей снижается экспоненциально с 1990г по 2015г, сокращаясь вдвое каждые полтора года. Если тренд продолжится, строительство большого излучателя в ближайшие десятилетия обойдется на несколько порядков дешевле.

Пока разработчики сравнивают стоимость с крупнейшим научным проектом в мире. Это может быть, например, МКС (стоимостью $157 млрд) или экспериментальный термоядерный реактор ITER ($15 млрд).

Фаза
Для проверки возможностей системы был изучен случай с парусом метрового масштаба. Например, для фокусировки луча света на парусе 4х4м на расстоянии в 200 тысяч километров, потребуется угол фокусировки в 2 нанорадиана (0.4 угловых миллисекунд). Это дифракционный предел для километрового лазерного излучателя, работающего на длине волны в 1 микрон.

Интерферометрия для Event Horizon Telescope продемонстрировала возможность достижения суб-нанорадианной точности на длине волны 1мм.

Атмосфера
Атмосфера вводит два эффекта:

Поглощение (нарушение целостности передачи)
- снижение качества луча (размывание луча)

Передающая способность атмосферы на длине волны 1 мкм очень хороша - более 90% для объектов расположенных высоко в горах. При таком расположении установки это снизит размывание луча в атмосферой, что позволит адаптивной оптике максимально приблизиться к дифракционному пределу. Атмосферная турбулентность, которая размывает луч, примерно в 4 раза ниже на высоте 5 км, чем на уровне моря. Еще больше нивелировать действие атмосферы можно коррекцией режима работы лазерных излучателей с помощью маяка в космосе.

Проект Breakthrough Starshot хочет достичь дифракционного предела для оптических лазерных систем в 0.2-1 км. Это на 1-2 порядка лучше существующих решений, однако нет никаких фундаментальных ограничений в достижении этой цели.

Запуск:

Точность наведения на метровый парус
Лазерный излучатель должен фокусироваться в пятно на парусе меньше чем размер самого паруса на орбите 60 000 км над землей.
Наведение лазера должно быть согласовано с положением звездной системы Альфы Центавра так, чтобы пролет системы проходил в пределах двух астрономических единиц. Использование фотонных двигателей малой тяги позволит корректировать курс на 1-2 астрономических единицы.

В задаче позиционирования луча основной является проблема удержания паруса на луче. Это зависит от размеров паруса и расстояния до него. Для метрового паруса рабочее расстояние для запуска может достигать нескольких миллионов километров. Точность прицеливания, необходимая на такой дистанции составляет несколько угловых миллисекунд. Существует несколько способов решения этой проблемы.
Модель атмосферы калибруют с помощью радара, лазерного луча и оптических измерений в реальном времени. Это позволит достичь необходимой точности позиционирования.

Большинство земных телескопов (например, телескоп Кека) имеют точность порядка нескольких угловых секунд и ограничено могут отслеживать объекты в режиме 100 угловых миллисекунд. Для целей миссии необходимо значительное улучшение точности.
Тем не менее, генерация лазерного луча системой с фазированной решеткой, с системой отслеживания сигнала маяка (для коррекции влияния атмосферы) космического аппарата может позволить достичь необходимой точности.

Удержание на паруса на луче
Существует ряд эффектов, которые делают эту задачу сложной. Это нестабильность луча, режимы работы лазера, силы действующие на парус, нагревание паруса, неоднородности атмосферы, вызванные энергией излучателей.

Вышеописанные проблемы можно решать вращением паруса и регуляция формы как паруса, так и пучка лучей, приходящих на него. Обратная связь поможет работе лазерных излучателей, но короткое время полета требует самостоятельной стабилизации системы.

Один из перспективных подходов заключается в том, чтобы придавать парусу специальную форму, стабилизирующую его положение на луче. Т.е., при вращении, на парус будут воздействовать такие крутящие моменты и силы, которые будут стремиться восстановить его ориентацию. Высокочастотная дрожь снизит общее количество передаваемой парусу энергии, но хорошая динамика паруса может снизить его восприимчивость к помехам, выше определенной частоты.

Поскольку для формирования луча будет использоваться массив с фазированной решеткой, профиль пучка может иметь такую форму, чтобы максимизировать способность паруса сохранять свою собственную позицию на луче, даже без механизма обратной связи.

Производство и хранение энергии
Производство и хранение энергии является технологическим вызовом.
Генерация 100 ГВт мощности и доставка ее в течение нескольких минут вполне достижимо на современном уровне технологий. Электростанции на природном газе могут генерировать энергию по цене $0.1 за киловатт-час.
В настоящее время так же доступны батареи и суперконденсаторы, которые способны обеспечить необходимую емкость хранения по разумной цене.
Точное определение орбитальной позиции экзопланеты
Для того, чтобы доставить нанокрафт к экзопланете с точность до 1 астрономической единицы, может потребоваться точный учет всех массивных тел вблизи траектории полета.
Часть информации может быть собрана первыми миссиями проекта и учтена в последующих запусках. Также принимаются усилия для лучшего понимания эфемерид - орбитальных позиции крупных объектов в конкретные моменты времени, способных повлиять на траекторию движения. Это включает в себя сотрудничество с крупнейшими телескопами в южном полушарии, включая Very Large Telescopes и Gemini.

Крейсерский этап:

Межзвездная пыль
Основываясь на оценках плотности пыли в ближайшей к нам межзвездной среде, за время путешествия к Альфе Центавра каждый квадратный сантиметр фронтальной площади поперечного сечения электронного модуля StarChip и светового паруса, столкнется примерно с 1000 пылевых частиц размером от 100 нанометров и выше. Тем не менее, вероятность столкновения с частицей в 1 микрометр за все время полета, составляет около 10%. А вероятность встретить более крупные частицы - незначительна.

Пылевая частица размером 100 нанометров, двигающаяся на скорость в 20% от скорости света, проникнет в электронный модуль на глубину порядка 0.4мм. Для оценки эффекта, приведены расчеты для модуля, размерами 10см х 0.1мм. Площадь поперечного сечения такого модуля составляет 0.1 см 2 . Защитное покрытие из бериллиевой бронзы, нанесенное на переднюю часть такого модуля, может обеспечить его защиту от воздействия пыли и эрозии. При необходимости, геометрия StarChip может быть изменена (например в форме «иглы») для дальнейшего уменьшения площади поперечного сечения.

Сам парус, для минимизации повреждений, может быть свернут в более обтекаемую конфигурации во время крейсерской фазы полета.

Импульс от удара частицы размером 100 нм сравнительно мал, и может быть компенсирован фотонными подруливателями.

Влияние межпланетной пыли внутри солнечной системы незначительно по сравнению с межзвездной пылью. О наличии пыли в системе Альфы Центавра известно мало.

Межзвездная среда и космические лучи
Средняя длина свободного пробега и ларморовский радиус частиц межзвездной плазмы намного больше, чем размер нанокрафта. Это означает, что такие частицы будут влиять на стенки независимо друг от друга, не образуя ударный шок.

Протоны из межзвездной плазмы на скорости 20% от скорости света, будут воздействовать на нанокрафт с кинетическими энергиями 18 МэВ, а электроны будут иметь энергию 10.2 кэВ. При этом не имеет значения, объединены ли протон и электрон в атом водорода, или прилетают по отдельности. Будет происходить эрозия поверхности нанокрафта из-за распыления. Количество распыленных таким образом атомов будет составлять порядка 1000 на см 2 . Полная потеря массы передней поверхности устройства составит лишь несколько слоев.

Протоны на энергии 18 МэВ будут проникать на глубину порядка нескольких миллиметров. Поэтому будет необходим защитный слой, способный остановить такие частицы, чтобы избежать повреждения электроники.

Космические лучи гораздо менее редки, чем межзвездные протоны, а значит могут быть проигнорированы. Столкновения с более тяжелыми элементами должны быть смягчены защитным покрытием: ядра гелия имеют энергии порядка 72 МэВ и их количество составляет около 10% от количества свободных протонов. Ядра элементов углерода, азота и кислорода несут энергии в 200-300 МэВ и присутствуют в количестве 0.01% от общего количества.
Для разработки технологий защиты, необходимо проведение лабораторных экспериментов для ионов, движущихся со скоростью 20% от скорости света и сталкивающихся с твердым телом.

Столкновения с межзвездными ионами и электронами, теоретически, может иметь свои преимущества: они могли бы придать нанокрафту потенциал до 10 кВ (кинетическая энергия на электрон). Фронтальная поверхность нанокрафтов будет нагреваться со скоростью 6 мВт на см 2 , что даст небольшой термоэлектрический источник энергии при путешествии в межзвездной среде.

Несколько лет назад астрономы заявили, что внутри звездной системы «Альфа Центавра» они обнаружили планету. Данная система является самой ближайшей к нашей планетарной системе Солнечной. От нее «Альфа Центавра» отдалена всего на 4,6 св. лет, что по космическим меркам крайне мало. Чтобы добраться до нее, необходимо примерно 60 лет и скорость в 1/10 от световой. Таким образом, следует отметить, что добраться до «Альфы Центавра» нам несложно, причем для этого ненужно изобретать новый сверхскоростной двигатель.

Несмотря на заявление о наличии в «Альфе Центавра» планеты, некоторые астрономы уверены, что никаких планет там существовать не может. Но существуют доказательства, которые оспорить сложно. Звезда «В» в вышесказанной звездной системе «мигает», что свидетельствует о наличии возле нее неярко светящегося объекта, которым вполне может быть планета. К сожалению, найти следы этого неизведанного космического тела так и не удалось, но в его существование продолжают верить астрономы и планетологи со всего мира.

Вероятнее всего, возле звезды «Альфа Центавра В» имеется планета небольшого размера, сопоставимая по размеру с нашей. Заметить ее сложно потому, что она слишком сильно приближена к своему светилу. Рано или поздно астрономы пожелают изучить это мифическое пока космическое тело подробнее. Возможно, в будущем к «Альфе Центавра» отправят космический земной корабль, но остается вопрос: целесообразно ли это?

Космическое путешествие к звездной системе «Альфа Центавра»

За прошлые 10 лет астрономия невероятно развилась. Ученые практически ежедневно находят новые космические объекты, о существовании которых раньше они и догадываться не могли. Это еще раз доказывает, что не стоит утверждать, что в системе «Альфа Центавра» планет быть не может. Лучше задуматься о том, где именно следует искать эту планету, какой она будет, насколько близко к своей звезде она расположена и может ли она являться носителем некой внеземной жизни?

Благодаря всемирно известному космическому исследовательскому аппарату «Кеплер» мы теперь знаем, что практически возле каждой звезды в нашей галактике «Млечном Пути» располагается планета, а иногда и не одна. Можно сказать больше, в космосе более распространены небольшие планеты, по размеру сопоставимые с нашей. Если нам когда-нибудь удастся доказать, что в «Альфе Центавра» имеется хотя бы одна планета, то это станет открытием века, так как приблизит нас к разгадке тайны о существовании внеземной жизни. По расчетам ученых, планета, которая может существовать в такой звездной системе, вполне может быть пригодной для жизни. Во многих легендах различных народов мира описывается, что «Боги» сошли на Землю именно с этой звездной системы. Как известно, две звезды «Альфы Центавра» являются солнцеподобными, а третья – «красным карликом».

Может ли в системе «Альфа Центавра» существовать жизнь

Сама система достаточно стара, поэтому планете, которая гипотетически там располагается, хватило бы времени на эволюцию того же Дарвина, например. Казалось бы, если «Альфа Центавра» расположена так близко к нам, то почему бы не направить на нее радиотелескопы, такие как сверхмощный «Аресибо», который расположен на территории Пуэрто-Рико? К сожалению, это невозможно, так как звездная система размещена в не совсем удобном месте – слишком южнее того участка космического пространства, который может охватить «Аресибо». Единственным вариантом, который позволит досконально изучить «Альфу Центавра», является проектирование и реализация новой миссии: полет к «Альфе Центавра» и колонизация звездной системы. На столь ответственный и смелый поступок человечество, вероятнее всего, не сможет решиться еще несколько десятилетий. Сам проект будет невероятно затратным – его стоимость составит триллионы долларов. Следует отметить, что кроме сложностей, у него имеются перспективы. Осуществив его, мы можем стать первой «бессмертной цивилизацией», преодолевшей межзвездное пространство. Почему бессмертной? Потому, что расселившись по ближнему космосу, мы в любом случае сможем сохранить представителей своего вида. Существует даже пословица: «не нужно хранить все яйца в одной корзине».

Колонистов «Альфы Центавра» ожидают многочисленные сложности: новый климат, обстановка, микрофлора, возможные неизвестные науке живые существа и многое другое. Чтобы не перестраивать себя к новым условиям, можно создать генномодифицированных людей, которые еще до рождения будут к ним приспособлены. Необитаемые планеты «Альфы Центавра» можно терраформировать. Если в данной звездной системе присутствует пояс астероидов, то это вообще замечательно – там можно создать свой индивидуальный мир, и тогда нам не придется ссориться с возможными представителями инопланетной жизни, которые могут обитать на планетах «Альфы Центавра». На самом деле, астропалеонтологи и планетологи очень щепетильно относятся к полетам на потенциально заселенные планеты, так как любое вмешательство в разумную инопланетную жизнь может деформировать их культурную эволюцию.

«Альфа Центавра» действительно живет разумная цивилизация?

Если это так, то, скорее всего, она даже не догадывается о нашем существовании, а если и догадывается, то не желает устанавливать с нами контакт, считая, что мы еще не сильно технологически развиты. Возможно, эта инопланетная раса уже завладела нашим астероидным поясом и периодически наведывается на нашу планету для исследования землян и самой Земли. В таком случае, становится понятно, почему мы видим НЛО периодически. Остается только надеяться, что те, кто существует в космосе кроме нас, не желают нам вреда.

Телепатически они передают информацию о космосе, законах вселенной, о том, что такое Творец. Сами они являются его потомками, но их представление о «Творце» не соответствует нашему понятию «Бог». Для них Творец – это абсолют, всеобъемлющее знание, которое существует одновременно во времени и пространстве, в любых вселенных. Творец остается неизменным априори, чтобы люди не теряли ориентир для самосовершенствования.

Контактеры рассказали, что инопланетяне телепатически посещают землю, помогая ученым делать открытия, двигающую расу вперед. Они не агрессивны, спокойны, дружелюбны. Бывает, что они перемещают землян на свою планету, чтобы показать, как построено высокодуховное общество.

Их помощник в обычной жизни – «компьютер ино», объединяющий сознание и технологии, что нам недоступно и вряд ли этот искусственный интеллект мы сможем осилить в ближайшие столетия, ведь у нас до сих пор нет четких представлений, почему мозг работает так, а не иначе.

Хэл Уилкокс (США, Лос-Анджелес) в 50-60-х годах прошлого столетия не единожды общался с цивилизацией с планеты Село, ему была восстановлена душевная память, где хранится история древних.

По его словам, Лемурия, Атландида – реально существующие цивилизации, которые были уничтожены. Творец (Абсолют) принял решение блокировать доступ у людей к знаниям прошлого, чтобы избежать негативных повторений в развитии человечества. Он надеялся на то, что человек научится контролировать свои действия, чего, к сожалению, не произошло до сих пор.


Планета Метария

Внешне напоминает землю, есть вода, суша, растения, животные. Основные жители – сантинианцы. Следят за развитием Земли, помогли войти человечеству в эру Водолея, но активно не вмешиваются.

Метария похожа на Землю, на ней один большой континент и множество островков, омывающихся океанами. Жизнь на планете идет не на физическом, а на духовных плоскостях.

На Метарии можно встретить духов природы, которые поддерживают идеальную погоду. Дэвы заботятся о пропитании для живых существ. Много отличной от земной флоры, фауны. Животные умны, не нуждаются в дрессировке, не являются пищей. Все сантинианцы – вегетарианцы.

На Метарии нет городов в нашем понимании. По всей планете равномерно построены жилища в гармонии с природой, чтобы не беспокоить Духов. Здесь единые стандарты жизни, есть семья, в которой не более двух детей. Рождаемость контролируется разумными потребностями. Часть жителей занята исследованием космоса, постоянное население достигает 3,5 млрд. и остается неизменным уже много лет.

Основное знание на Метарии – дематериализация/материализация объектов. При разглашении основного принципа передвижения во времени и пространстве применяется дематериализация, но, как говорят, представители расы, такого не было ни разу, ибо каждый принимает ответственность перед обществом, абсолютные нравственные понятия заложены на генетическом уровне. Сантинианцы благосклонно настроены на помощь землянам, но только тогда, когда придет время.

Инопланетным расам свойственно пребывать в состоянии блаженства, где каждый индивид делает идеальный выбор без какой-либо подготовки (эволюции). Таким образом, они не сталкиваются с последствиями вроде ошибок, неведения или познания негатива.

Контактеры сообщают, что раса инопланетян на Альфа Центавра обгоняет нас в развитии, и основное различие не в уровне технологии, а в принципе организации сознания. Однако инопланетная цивилизация настроена дружелюбно, готова делиться достижениями с землянами, если знания не будут направлены на уничтожение друг друга.

Планеты из созвездия Центавра в разработке у ученых (видео)

Мы не знаем когда «придет время», поэтому ученые всего мира неустанно двигаются вперед, создавая и выводя на орбиту мощные телескопы, чтобы увидеть то, о чем невозможно было догадываться. Астрономы предполагают, что в системе «Альфа Центавра» с большой вероятностью должны быть обитаемые планеты, надо лишь знать, где их искать. В ближайшие десятилетия удастся разгадать эту тайну.

По математическим выкладкам астрофизиков планеты, существующие в такой звездной системе как Альфа Центавра, должны быть обитаемыми. Это подтверждают многочисленные артефакты, рассказывающие о Богах, сошедших на землю с солнцеподобной звездной системы. В нашей галактике тройную звезду имеет только созвездие Центавра.

В 2016 году, благодаря российскому миллиардеру и Стивену Хогингу, был начат амбициозный проект по созданию принципиально новых спутников, развивающих высокие скорости на «солнечных парусах». Предполагается создать флот нанокораблей и отправить его к Альфе Центавра.

Спутники размером с почтовую марку, будут развивать огромную скорость на «солнечных парусах», позволяющую долететь до звезды за 20 лет. Наноспутники передадут фотографии (правда ждать их придется больше 4-х лет), показания, которые позволят ученым приступить к следующему шагу – организации реальной экспедиции на планету.