В прошлом году Юрий Мильнер и Стивен Хокинг объединились для создания проекта Breakthrough Starshot. Их план состоит в использовании огромного массива лазеров, который будет ускорять очень лёгкий лазерный парус. Парус, с прикреплённым к нему «кораблём на чипе» разгонится до скорости, превышающей 20% от скорости света, и направится к одной из ближайших звёзд. С такой скоростью он должен прибыть к своей цели в течение одной человеческой жизни – потрясающее достижение! И хотя на пути этого проекта стоит невероятное количество экономических и технических препятствий, Алекс Стоктон, надеясь на успех, задаёт вопрос по поводу прибытия корабля:
Мы с отцом обсуждали возможности космического корабля, предлагаемого Мильнером и Хокингом. Отец считает, что его сможет затормозить атмосфера планеты, когда он долетит до своей цели. Я считаю, что ощутимо замедлить его не удастся, и всё это закончится мощным взрывом. Кто прав?
И действительно, целью отправки космического корабля на расстояние в несколько световых лет, к ближайшей планетной системе, не может быть простая пересылка космического мусора по галактике.
Мы хотели бы добраться до системы, изобилующей иными мирами, с возможностью изучить их, получить данные, и возвратить их обратно к тем людям, что всё ещё будут жить на Земле. Мы уже получили невероятное количество информации по поводу чужих солнечных систем благодаря нашей программе по изучению экзопланет, но – как показали миссии New Horizons, Dawn и Cassini, работавшие в нашей Солнечной системе – близкое обследование миров ничем не заменишь.
Если мы сможем туда добраться, это уже будет подвигом. Если мы сможем достаточно хорошо прицелиться и ускориться с подходящей точностью и с нужными значениями, наша скорость будет равняться примерно 60 000 км/с относительно любой планеты или солнечной системы, в которую мы прибудем. Задумайтесь об этом: 60 000 км/с, 216 млн км в час. Если такая скорость превышает всё, что вы можете себе представить – так оно и есть. Она превышает скорость любого известного нам макроскопического объекта, и это в сотни раз больше скоростей, необходимых для того, чтобы убежать от гравитационного притяжения нашей галактики. Если по пути вы влетите в небольшой участок с рассеянным нейтральным газом, нагрев будет невероятным. Ведь на скоростях в тысячи раз меньших вход в нашу атмосферу могут перенести только самые передовые из тепловых щитов.
Астронавт Боб Крипен с капсулой Gemini-B, и её потрёпанный, но целый тепловой щит
Но если вы двигаетесь в тысячу раз быстрее, ситуация становится в миллион раз хуже. Если вы открывали окно в машине на ходу, вы могли заметить нечто интересное: если ехать в два раза быстрее, сила сопротивления будет в четыре раза больше. Энергия, трение и разогрев космического корабля подвержены той же проблеме; если вы перемещаетесь с удвоенной скоростью, вы разогреваетесь в четыре раза быстрее, а если с удесятерённой – то в сто раз. Чтобы понять, что может испытать корабль Starshot в атмосфере, представим ближайшую аналогию для этого: метеор.
Большая часть метеоров, врезающихся в Землю во время метеорного дождя, сравнима по массе с нашим аппаратом – от 0,1 до 10 грамм. Количество кинетической энергии метеора пропорционально его массе и квадрату его скорости относительно атмосферы. Эти метеоры летят быстро: от 20 до 110 км/с, и обычно сгорают в атмосфере за долю секунды. Во время обильного и красивого метеорного дождя можно увидеть десятки или даже сотни всплесков в небе за ночь.
Теперь мы подходим к космическому кораблю: его масса сравнима с метеором, а вот скорость в 1000 раз больше. Это значит, что его кинетическая энергия, которую надо будет рассеять, будет в 1 000 000 раз большей, чем у типичного метеора. Планета, столкнувшаяся с космическим кораблём весом в 1 грамм, движущимся со скоростью в 60 000 км/с, испытает такую же катастрофу, как столкновение планеты с астероидом массой в 1 тонну, движущимся со скоростью в 60 км/с: эквивалент того, что на Земле происходит раз в десять лет.
Метеор 1860 года, художник Фредерик Эдвин Чёрч
На таких скоростях вещество космического корабля превратится в плазму, когда у атомов/молекул будут оторваны их электроны. Такой тонкий и распределённый корабль, какой планируют построить, будет дезинтегрирован за микросекунды – что хорошо, поскольку ему понадобится всего лишь 1 000 микросекунд на то, чтобы преодолеть толщину атмосферы, сравнимой с Земной.
В попытках сохранить космический аппарат в целости лучше всего будет положиться на присутствующий в точке прибытия такой же массив лазеров, который сможет облучить корабль светом той же частоты, что его разгоняла. Мы прекрасно справляемся с созданием материалов, способных отражать порядка 99,999% падающего на них света определённой частоты – благодаря этому концепция такого аппарата имеет право на жизнь. Но если вы врезаетесь во что угодно, отличное от света такой частоты – в любое другое излучение, или материю – вы будете поглощать огромное количество энергии. А на таких скоростях это будет означать дезинтеграцию. Так что, с сожалением сообщаю тебе и твоему отцу, Алекс, что сопротивление атмосферы замедлит ваш космической корабль, но сделает это в виде огненной катастрофы, которая уничтожит всё, что есть на корабле, вплоть до отдельных атомов.
Комментарии (57)
hokum13
07.04.2017 17:03+1которая уничтожит всё, что есть на корабле, вплоть до отдельных атомов.
А точно до ядерной реакции дойдет?
Sun-ami
07.04.2017 20:37+2Энергия ядра алюминия, движущегося со скоростью 60000 км/с — 507Мэв. Так что, насколько я понимаю, ядерные реакции вполне возможны. Но в статье под уничтожением атомов всё же скорее всего подразумевается их полная ионизация.
vanxant
07.04.2017 23:34Не просто возможно, столкновение с протоном на такой скорости с большой вероятностью разорвёт ядро на части.
ggrnd0
07.04.2017 17:05+2Планета, столкнувшаяся с космическим кораблём весом в 1 грамм, движущимся со скоростью в 60 000 км/с, испытает такую же катастрофу, как столкновение планеты с астероидом массой в 1 тонну, движущимся со скоростью в 60 км/с: эквивалент того, что на Земле происходит раз в десять лет.
Тогда имеет смысл запустить что-нибудь массой в 10кг. Это будет намного интереснее!
hungry_ewok
07.04.2017 17:30Иэн Дуглас, серия книжек «Наследие». Там релятивистским звездолетом, груженым песочком, цельную планету нехороших мимопланетян унасекомили. ;)
Tatooine
07.04.2017 17:48Тут проблема в том что:
1) Чем больше масса звездолета тем больше нужен импульс для разгона
2) Чем больше нужен импульс тем мощнее нужны двигатели
3) Чем мощнее двигатели тем больше масса
И рекурсия
А. стоп. Тут же нет двигателей у аппарата. Значит должна быть больше мощь лазеров или их количество должно быть больше.
dom1n1k
07.04.2017 20:14+1На самом деле это очень сомнительная цитата.
Да, формально количество кинетической энергии одинаково, но масштаб разрушений определяет не только она.ggrnd0
07.04.2017 22:49Скажи это 10кг булыжнику летящему со скоростью 0.2с...
Согласен, 1гр объект не сможет преодолеть атмосферу, разве что может чуть-чуть ее ионизировать в месте входа...
Но 10кг, это 10кг!
Если это будет шарик из титана, эффект от входа в атмосферу будет куда красочнее...
arheops
08.04.2017 12:54На такой скорости будет вообще неважен материал снаряда. Важна только скорость и плотность на единицу поперечной площади. Грубо говоря 10км проволки в 0.01мм направленной четко по вектору пробьет атмосферу даже если проволка изо льда.
Sly_tom_cat
07.04.2017 17:07В качестве бреда: А если гравитационным маневром вокруг звезды развернуться на обратный путь?
Нет я понимаю что на такой скорости, что бы изенить траекторию нужно будет приблизится очень близко к звезеде для маневра, где будет слишком жарко для кораблика… но чисто теоритически....?ggrnd0
07.04.2017 17:13+1Наверно можно рассчитать серию маневров возле нескольких десятков звезд, что бы кораблик аккуратно вернулся к нам...
Sly_tom_cat
07.04.2017 20:21На такой дистанции и скоростях еще бы в область одной звезды умудриться попасть (по пути туда)…
Но и маневры с учетом единственного ускоряющего лазера на земле будут иметь множество ограничений. По задаче у кораблика нет маневровых двигателей — только парус, который толкается лазером с земли.
Andy_Big
07.04.2017 17:19+2Не знаю как это рассчитывается, но чисто интуитивно кажется, что при такой скорости даже сверхтяжелая звезда сможет внести в траекторию только небольшое искривление :) Может быть такой фокус получится с черной дырой…
Sly_tom_cat
07.04.2017 20:18На счет черной дыры я тоже думал в качестве развития этой идеи. И это возможно более реалистичный вариант, но только не всегда она «под рукой» эта черная дыра…
allcreater
09.04.2017 01:57Черная дыра точно может развернуть, поскольку по определению может захватить даже фотон, движущийся со скоростью света, не то, что спутник :) Сложность в том, что у обычной ЧД очень велики приливные силы, и несчастный зонд будет «спагеттифицирован». Боюсь, нужна аж сверхмассивная чёрная дыра, а таких точно немного…
Imbecile
07.04.2017 20:20Скорости достаточно для преодоления притяжения Галактики. То бишь, одним манёвром получить эллиптическую траекторию не получится. Серией вокруг разных звёзд и не эллиптическую, а отрезки параболы — думаю да, но это долго и точность нужна очень высокая.
Sly_tom_cat
07.04.2017 20:24Сдается мне что без доп коррекции такую траекторию точно никак не обеспечить, а с коррекцией — будут проблемы. Из за единственной точки откуда работает ускоряющий лазер.
vanxant
07.04.2017 23:39+1Ответ тот же, что и в статье. Теоретически можно, если нырнуть глубоко в атмосферу звезды. Если всё очень-очень точно рассчитать, а вас зовут Дункан Маклауд, вы таки сможете развернуться и лечь на обратный путь. Но есть две новости: плохая и очень плохая. Первая: 49.999% вашей начальной энергии уйдёт на нагрев корабля, и он испарится в начале манёвра даже не из-за излучения звезды, а просто из-за трения об её атмосферу. Вторая: назад вы может и полетите, но очень медленно и печально.
mihailfilatov
08.04.2017 07:17Можно попросить инопланетян развернуть наш корабль обратно к Земле, как только он достигнет поверхности их планеты
DanilinS
08.04.2017 09:28Практически нереально. На столь высоких скоростях 0.2-0.5с нужен очень высокая гравитация.
Единственно потенциально рабочая схема — гравитационный маневр на нейтронных звездах. Тогда при использовании мизерного расхода горючего можно развернутся назад. Но нужен относительно компактный регион с нейтронными звездами.arheops
08.04.2017 12:56… и это получится только у другой нейтронной звезды, и то врятли. От такого маневра любое тело разорвет на атомы.
DanilinS
08.04.2017 13:06C чего разорвет? Приливные силы не особенно велики, если не уходить очень глубоко в гравитационный колодец.
arheops
08.04.2017 13:19Если не подходить, то не развернетесь. Вообще это невозможно одним маневром с нейтронной звездой вообще. У вас скорость 0.2с. Тоесть вы за 10секунд пройдете от нейтронной звезды в 1.5млн км — до 0 км и 1.5млн обратно. И за эти 10секунд вы должны получить импульс, достаточный для 0.4с изменения скорости. Это уже близко к черной дыре, никак не нейтронная звезда.
DanilinS
08.04.2017 13:24Я и не говорил, что одной хватит для разворота на 180. Я говорил «компактный регион с нейтронными звездами.» Естественно имелось в виду последовательный разворот на нескольких звездах.
saboteur_kiev
07.04.2017 17:24-9«Парус, с прикреплённым к нему «кораблём на чипе» разгонится до скорости, превышающей 20% от скорости света, и направится к одной из ближайших звёзд. „
До чего техника дошла. Превышают скорость света уже. Хотя в пятницу вечером все бывает )Andy_Big
07.04.2017 18:10«превышающей 20% от скорости света» — это совсем не то же, что «превышающей на 20% скорость света» :)
potan
07.04.2017 19:09А если он будет создавать магнитное поле? Тогда он сможет эффективно тормозиться в разряженном ионизированном газе.
Sly_tom_cat
07.04.2017 20:25Маленький чип с парусом создает магнитное поле...., из чего, позвольте спросить, вы собираетесь брать энергию на создание этого поля?
potan
07.04.2017 20:37Кстати, можно сделать МГД-генератор и получать энергию из торможения. Для начальной работы использовать статический магнит.
Sly_tom_cat
07.04.2017 22:34Это уже усложнение и утяжеление. Больше масса — медленнее разгон — дольше лететь. Т.е. большей массой рушится сама идея благодаря которой предполагается достигнуть столь высокой скорости и разумного времени на достижение цели.
Sly_tom_cat
07.04.2017 22:40Еще одна бредовая идея — никакого чипа — просто небольшая болванка чистого металла — влет в атмосферу даст вспышку с известными спектральными линиями, а по тому какой спектр увидим мы можно будет судить о составе атмосферы (по крайней мере верхних ее слоев). Т.е. мы получим обратно информацию, и довольно полезную.
План исследования звездной системы прост — посылаем столько искусственных метеоритов сколько перспективных планет (или чутка больше, на случай промаха) — и узнаем какие из них нам стоит изучать подробнее.
Уже что-то.Andy_Big
07.04.2017 23:11Тут даже в звездную систему нацелить будет проблемой, а попасть в планету можно будет вообще только по чистому (и очень большому) везению :)
vanxant
07.04.2017 23:44+2Есть изотопы, у которых критическая масса измеряется граммами. Вот бомбы из них и надо посылать. Устроим инопланетянам ковровую атомную бомбардировку! Их ответка принесёт просто дофига знаний!)
Sly_tom_cat
08.04.2017 11:05Так такие изотопы обычно короткоживущие… не долетят.
… и да, ответ может быть таким, что информацию уже некому будет анализировать…
ivlis
08.04.2017 04:37То есть идея не реализуемая. Зачем разгонять, если не сможешь затормозить?
Sly_tom_cat
08.04.2017 11:08Идея с разгоном еще толком не решена (тут даже трудно решить вопрос с наведеним лазера на астрономичеких расстояниях).
Но ставить мысленные эксперименты — полезная разминка для ума. Пурква бы и не па?
seminole
08.04.2017 04:46-5Еду зимой по орловской области ночью а тут такой межзвездный конь тащит межзвездную телегу с гуманоидом в позе пентаграммы. Ну думаю хоть и 21й век, а Тесла ещё не скоро до такого рода транспорта додумается, лошадка все-таки поумнее будет чем железка силиконовая. Хозяина родного кормильца с вечерины от кумовей домой довезет куда лучше чем дурной компьютер с нейронными сетями.
migelle74
08.04.2017 10:07Хозяина родного кормильца с вечерины от кумовей домой довезет куда лучше чем дурной компьютер с нейронными сетями.
Только почему-то при таких превосходных качествах лошадки, при появлении у индивида денег, он пытается заменить ее на "железную повозку с дурными нейросетями". А пока денег нет рассказывает о преимуществах гужевого транспорта.
mib
08.04.2017 12:12По мере приближения к чужой звезде — на парус будет действовать свет от этой звезды, и парус начнет тормозиться, а полезный груз столкнётся с парусом и скомкает его
Ziptar
08.04.2017 14:37Не думаю, что встречного рассеянного света от звезды хватит, что бы хоть сколько-нибудь существенно затормозить аппарат.
Sun-ami
08.04.2017 15:27Давления света звезды для этого явно недостаточно, а вот солнечный ветер, возможно, сможет затормозить, причём как на подлёте, так и после пролёта звезды, особенно если аппарат пролетит вблизи неё. А после снижения скорости можно маневрировать парусом чтобы пролететь вблизи массивной планеты, развернуться в гравитационном маневре, и направиться к планете, которая является целью перелёта. Но я не верю, что этот проект может стать реальностью — настолько лёгкий космический аппарат не сможет передать информацию на Землю, не выживет при перелёте, когда каждый атом межзвёздного газа будет сталкиваться с ним с энергией в несколько Мэв, и даже вряд ли переживёт разгон.
sotnikdv
08.04.2017 13:36А зачем его вообще тормозить или возвращать? Разогнали платформу с оборудованием и передатчиком и вперед. Пролетел, отснял, передал.
Можно уже сейчас строить массив лазеров для рассылки крошечных зондов по всей солнечной системе и за пределы.
Если нужна высадка на планету или колонизация, все равно там 10кг не отделаешься.
В чем смысл?Ziptar
08.04.2017 14:43Платформа с оборудованием и передатчиком не сможет весить 10 грамм => не будет возможности получить 0,2с
А смысл в том, что текущих технологий даже для такого проекта — недостаточно. Так что, как минимум, смысл в их развитии.
ivlis
08.04.2017 23:08+1И как вы из штуковины на 10 грамм передадите на Землю сигнал, где он не потонет в шуме?
LynXzp
10.04.2017 01:13А если статистически, передавать одни и те же данные много раз? Или например час вещая на одной частоте, потом меняем фазу и опять час вещаем несущую. Вся информация в фазовом сдвиге (весь бит, а если повезет то два).
xilix
08.04.2017 16:25+1Потом у инопланетян будут заголовки в газетах: Земляне развязали межзвездную войну, применив неизвестное кинетическое оружие.
green_worm
10.04.2017 12:13Вопрос может немного странный, но если еще до прибытия к планете на пути данного снаряда встретится какой-либо космический мусор? Понятно, что он не летает кучами, как показано в голливудских фильмах. Но и просчитать все движения космических тел на пути нереально.
Tatooine
наконец-то можно будет пострелять лазером из германии по лягушкам в космосе))))