Смогут ли солнечные паруса отправить людей к звёздам? Учёные оценивают перспективы межзвёздных путешествий

Мечта о путешествиях к другим звёздам сопровождает человечество уже много десятилетий. Астрономы открыли тысячи экзопланет, многие из которых находятся в потенциально обитаемых зонах своих звёзд. Однако между обнаружением далёких миров и возможностью их посещения лежит огромная технологическая пропасть. Даже ближайшая к Солнцу звёздная система находится настолько далеко, что современные космические аппараты добирались бы до неё десятки тысяч лет.

На этом фоне внимание исследователей всё чаще привлекает технология солнечных парусов. В отличие от обычных космических двигателей, такие аппараты используют не топливо, а давление света. В последние годы развитие материаловедения и лазерных технологий заставило учёных серьёзно пересмотреть потенциал этой идеи. Возникает вопрос: могут ли солнечные паруса однажды стать основой для межзвёздных экспедиций и даже отправить людей за пределы Солнечной системы?

Идея, которой уже более ста лет

Концепция светового паруса появилась задолго до начала космической эры.

Ещё в начале XX века учёные обратили внимание на то, что свет переносит импульс. Хотя отдельный фотон практически не оказывает заметного воздействия, огромные потоки света способны создавать небольшое, но постоянное давление на поверхность.

Если изготовить чрезвычайно лёгкий и отражающий парус огромной площади, солнечный свет будет постепенно разгонять космический аппарат. В отличие от химических ракет, которые расходуют топливо за считанные минуты или часы, солнечный парус может получать ускорение в течение месяцев и даже лет.

На первый взгляд воздействие кажется ничтожным, однако в космосе, где отсутствует сопротивление воздуха, даже очень слабая сила со временем способна обеспечить значительное увеличение скорости.

От научной фантастики к реальным полётам

Долгое время солнечные паруса оставались исключительно теоретической концепцией.

Ситуация изменилась в XXI веке, когда несколько космических агентств и частных организаций смогли провести успешные испытания подобных аппаратов.

Одним из наиболее известных проектов стал японский аппарат IKAROS, запущенный в 2010 году. Он продемонстрировал возможность использования солнечного света для управления и движения космического аппарата.

Позднее успешные эксперименты провело и The Planetary Society с аппаратами серии LightSail. Эти миссии подтвердили, что технология действительно работает в реальных условиях космоса.

Хотя скорости таких аппаратов были относительно скромными, они доказали жизнеспособность самой идеи.

Почему межзвёздные полёты остаются невероятно сложными

Главная проблема заключается в колоссальных расстояниях между звёздами.

Ближайшая к нам звезда после Солнца — система Alpha Centauri — находится примерно в 4,37 светового года от Земли. Это около 41 триллиона километров.

Для сравнения, аппарату Voyager 1, который считается одним из самых быстрых объектов, созданных человеком, потребовались бы десятки тысяч лет, чтобы преодолеть такое расстояние.

Даже самые амбициозные проекты современных космических двигателей пока не позволяют сократить время путешествия до приемлемых значений для пилотируемых экспедиций.

Именно поэтому исследователи ищут принципиально новые методы разгона космических аппаратов.

Обычного солнечного света недостаточно

Несмотря на привлекательность концепции, обычный солнечный парус имеет серьёзное ограничение.

По мере удаления от Солнца интенсивность света быстро уменьшается. Чем дальше аппарат уходит от нашей звезды, тем слабее становится ускорение.

Для путешествий внутри Солнечной системы этого вполне достаточно. Однако для межзвёздных полётов возможностей одного лишь солнечного излучения оказывается недостаточно.

Поэтому в последние годы всё больше внимания уделяется другой идее — использованию мощных лазеров.

Лазерный парус как путь к звёздам

Современные проекты предполагают размещение на Земле или в космосе гигантских лазерных комплексов.

После запуска аппарата мощный лазерный луч будет направляться на сверхлёгкий отражающий парус. В отличие от солнечного света, интенсивность лазера можно сделать во много раз выше.

Теоретические расчёты показывают, что подобная система способна разогнать небольшой аппарат до значительной доли скорости света.

Наиболее известным примером является инициатива Breakthrough Starshot. В рамках проекта рассматривается возможность отправки миниатюрных автоматических зондов к системе Альфа Центавра со скоростью около 20 процентов от скорости света.

В таком случае путешествие заняло бы не десятки тысяч лет, а примерно два десятилетия.

Почему отправить человека гораздо сложнее

Если речь идёт о микроскопическом зонде массой в несколько граммов, задача выглядит чрезвычайно трудной, но теоретически выполнимой.

Совсем иначе обстоят дела с пилотируемыми полётами.

Даже минимально необходимая система жизнеобеспечения человека требует огромного количества оборудования. Необходимо обеспечить воздух, воду, питание, защиту от радиации, медицинские системы и резервные механизмы безопасности.

Масса такого корабля будет исчисляться уже не граммами и не килограммами, а сотнями или тысячами тонн.

Чтобы разогнать подобную конструкцию с помощью света, потребуются энергетические мощности, значительно превосходящие всё, что существует сегодня.

Проблема ускорения и торможения

Даже если человечество научится разгонять огромный корабль до очень высоких скоростей, возникает новая проблема.

Корабль должен не только ускориться, но и затормозить возле цели.

Автоматический зонд может просто пролететь через звёздную систему и передать данные на Землю. Для пилотируемой миссии такой вариант бессмысленен.

Необходимо разработать методы замедления, которые позволят кораблю выйти на орбиту другой звезды или хотя бы существенно снизить скорость перед прибытием.

Пока надёжного технического решения этой задачи не существует.

Опасности межзвёздного пространства

Высокие скорости создают ещё одну серьёзную проблему.

Даже мельчайшая частица пыли при столкновении с кораблём, движущимся со значительной долей скорости света, может обладать огромной разрушительной энергией.

Межзвёздное пространство кажется пустым, однако полностью свободным от вещества оно не является.

Для длительного путешествия потребуется мощная система защиты от микрометеороидов и межзвёздной пыли. Создание таких технологий остаётся одной из важнейших инженерных задач будущего.

Возможны ли корабли поколений

Некоторые исследователи рассматривают альтернативный вариант.

Если путешествие занимает сотни или тысячи лет, корабль может стать своеобразным искусственным миром, в котором будут жить и сменять друг друга многие поколения людей.

Такие проекты известны как «корабли поколений».

Однако реализация подобной идеи связана с огромным количеством социальных, биологических и технических проблем. Пока подобные концепции остаются исключительно предметом теоретических исследований.

Тем не менее именно они демонстрируют масштаб трудностей, возникающих при попытке отправить людей к другим звёздам.

Что может измениться в будущем

История науки неоднократно показывала, что технологические прорывы способны происходить гораздо быстрее, чем ожидается.

Ещё сто лет назад сама идея высадки человека на Луну казалась фантастикой. Сегодня человечество готовится к созданию постоянных баз на поверхности спутника Земли.

Развитие сверхлёгких материалов, лазерной техники, искусственного интеллекта и новых источников энергии постепенно приближает возможность межзвёздных миссий.

Многие технологии, необходимые для реализации подобных проектов, уже активно разрабатываются в лабораториях по всему миру.

Первым к звёздам, вероятно, полетит не человек

Большинство специалистов сходятся во мнении, что первые реальные межзвёздные путешественники будут роботами.

Миниатюрные автоматические зонды значительно проще разогнать до огромных скоростей. Они не нуждаются в кислороде, воде, пище и защите от длительного воздействия невесомости.

Если проекты лазерных парусов окажутся успешными, именно такие аппараты смогут первыми достичь ближайших звёзд и передать изображения далёких планет.

Только после накопления опыта человечество сможет серьёзно обсуждать пилотируемые межзвёздные экспедиции.

Реалистичная оценка перспектив

Современная наука не исключает возможность использования солнечных или лазерных парусов для путешествий между звёздами. Более того, многие физические принципы, лежащие в основе этой технологии, уже подтверждены практическими экспериментами.

Однако существует огромная разница между отправкой небольшого автоматического аппарата и перевозкой людей через межзвёздное пространство. Для реализации пилотируемой миссии потребуется решить множество проблем, связанных с энергетикой, защитой экипажа, системами жизнеобеспечения и торможением у цели.

Поэтому на сегодняшний день солнечные паруса следует рассматривать не как способ отправить людей к звёздам в ближайшие десятилетия, а как одну из наиболее перспективных технологий для первых автоматических межзвёздных экспедиций. Именно такие проекты могут стать важным шагом на пути к будущим путешествиям человечества за пределы Солнечной системы.

Пока межзвёздные перелёты остаются делом далёкого будущего, но исследования в области световых парусов показывают, что путь к другим звёздам уже перестал быть исключительно научной фантастикой и постепенно становится предметом серьёзной инженерной работы.

Источники:
Статья создана по материалам Space.com