Портал Space.com опубликовал рассказ о проекте фотонного ускорителя, который позволит разгонять космические аппараты намного эффективнее, чем это делают реактивные двигатели. Согласно расчётам автора идеи физика Филипа Лубина, с помощью лазера зонд с полезной нагрузкой 100 кг можно разогнать до скорости 0,015 c, а Марса такой аппарат сможет достичь примерно за сутки. Особенно многообещающе представлены перспективы сверхлёгких зондов, которые, согласно расчётам, могут долететь до Проксимы Центавра за пару десятков лет. Однако у проекта имеются многочисленные слабые места, которые ставят возможность его практической реализации под сомнение.
В работе, опубликованной в 2015 году, профессор физики Филип Лубин (Philip Lubin) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре детально обосновывает возможность реализации фотонного ускорителя для разгона межпланетных космических аппаратов. Согласно его идее, на орбите Земли можно разместить несколько мощных лазеров DE-STAR, которые ранее Лубин с коллегами предложили создать для уничтожения опасных астероидов. Направленный в сторону аппарата поток электромагнитного излучения (предлагается использовать длину волны 1,06 мкм, соответствующую коротковолновой области инфракрасного спектра), будет отражаться от его паруса и тем самым придавать аппарату колоссальное ускорение.
Расчёты показывают, что зонд массой 1 грамм с парусом — плоской пластиной такой же массы и площадью около 1 м² можно ускорить до 0,26 c за 10 минут. Итоговая скорость ограничивается размерами паруса — при значительном удалении площадь пятна лазерного луча намного превышает площадь паруса, и передаваемый импульс сходит на нет. Зонд может нести полезную нагрузку: автор, ссылаясь на работы коллег из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, уверяет, что прямо на парусе можно разместить немало электроники. А для передачи информации на Землю предполагается использовать фазированную решётку, которая будет располагаться собственно на пластинке-парусе.
Интересен и другой пример: зонд со стокилограммовой полезной нагрузкой — как отмечает Лубин, это аппарат класса «Вояджера». На нём можно разместить миниатюрный лазер-передатчик, например, подобный лазеру RTG. Согласно расчётам, 10-ваттовый передатчик при помощи отражателя диаметром 30 метров способен с расстояния в 4 световых года обеспечивать скорость передачи информации на Землю порядка 70 мегабит в секунду, и это оценка с большим запасом.
Однако дождаться информации о Проксиме Центавра нынешнее поколение землян не сможет. Разогнать такой аппарат с помощью DE-STAR 4 можно лишь до скорости 0,015 c, то есть, лететь до ближайшей звезды он будет порядка трёхсот лет.
В целом же наиболее реалистичным применением предлагаемой технологии выглядит отправка зондов к дальним областям Солнечной системы. В этом году исполняется 30 лет с тех пор, как «Вояджер-2» пролетел мимо Урана, и с тех пор никаких экспедиций к загадочным ледяным гигантам не было и не планируется.
При этом в проекте имеется множество проблемных мест, ставящих под сомнение возможность практической реализации технологии. Получится ли направлять и фокусировать лазерный луч на столь огромных расстояниях? Выдержит ли сверхтонкая пластинка лазерный поток огромной мощности? Сможет ли крохотный зонд передать какую-то полезную информацию на Землю?
Если же задуматься о доставке грузов или транспортировке людей, будь то к соседним звёздам или хотя бы к Марсу, в полный рост встаёт ещё одна серьёзная проблема. Допустим, мы смогли разогнать аппарат до очень высокой скорости, но как его остановить у пункта назначения? В своей 37-страничной работе автор посвятил этому вопросу лишь небольшой абзац, в котором признался, что ни одно из трёх рассмотренных им решений не обеспечивает нужного результата.
Лубин отмечает ещё одну сложность — необходимость отводить от лазерной установки огромное количество тепла. В проекте DE-STAR (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and ExplorRation) используемый для обозначения лазера индекс соответствует размерам солнечных панелей, от которых он питается. Единица отвечает панелям размером 10×10 метров, двойка — 100×100 метров, и так далее. Упомянутый выше DE-STAR 4 должен обладать панелями размером 10×10 километров и мощностью 50—70 ГВт. Сам Лубин сравнивает её с мощностью взлетающего «Спейс шаттла», которую он оценивает в 45 ГВт. Столь колоссальная мощность даже в случае относительно малых потерь приводит к огромному тепловыделению, и как сбрасывать это тепло, не очень ясно.
Сам Филип Лубин настаивает на том, что исследование возможностей фотонного ускорителя должно быть продолжено, и эта настойчивость находит определённую поддержку. В мае 2015 года его проект, которому придумали название Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration (DEEP-IN), оказался в числе 15 получателей годового гранта NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts) первой ступени. Таким образом, команде Лубина выделено 100 тысяч долларов на дальнейшее развитие идеи перелётов с помощью фотонного двигателя (есть ещё вторая ступень, в которой победители получают полмиллиона долларов на два года). Так что можно ожидать, что уже в 2016 году команда опубликует результаты новых изысканий, и перспективы использования фотонных ускорителей в космосе станут более ясными.
