Четверг, 09.07.2020
Космическая погода на текущий час
Вход в систему не произведен
 Войти /  Регистрация

Секция Совета РАН по космосу

< Новости с Весты
12.02.2012 04:08 Давность: 8 yrs
Категория: Солнечная система
Количество просмотров: 1968

Проект «Икар»: как удержать на связи межзвёздный корабль




Корабль проекта «Дедал». Отчетливо видна тарелка огромной передающей антенны.(Изображение художника Адриана Манна.)

«Икар» — амбициозный пятилетний проект, инициированный фондом Tau Zero совместно c Британским межпланетным обществом и осуществляемый Icarus Interstellar Inc. Задача его проста — отправить космический корабль к одной из ближайших звёзд (см. видео).

Очевидно, что рано или поздно человечеству придётся запускать зонд для исследования с близкой дистанции одной из многочисленных планет, открываемых сегодня земными астрономами. Но, помимо массы вопросов, которые вызывает разработка двигателей и систем жизнеобеспечения такого корабля, весьма существенной представляется ещё одна, не менее сложная проблема: автоматический зонд, запущенный к ближайшим звёздам, должен поставлять информацию — иначе его полёт не имеет смысла. И решение такой задачи очень нетривиально.

Радио

Мы привыкли решать вопросы связи с помощью радиоволн. В земных условиях это приемлемо, но вот в космосе с его дистанциями и приёмная, и предающая антенны должны быть огромными. Разработчики, занимавшиеся в 1970-х проектом «Дедал» (исследовал ту же проблему), предложили оригинальный ход: сделать куполом антенны заднюю часть разгонной ступени межпланетного автоматического зонда, выполнив её в форме гиперболоида. Их расчётный диаметр получился 40-метровым, а требуемая для связи с Землёй мощность корабельного передатчика была заявлена на уровне одного мегаватта.

Исследователи «Икара», однако, полагают эти цифры предельно оптимистичными. И даже если бы они были верны, то несложные расчёты показывают, что скорость такого соединения не превысит 800 килобит в секунду. Для цифрового видеосигнала этого мало: информация будет просачиваться через узенькую щёлочку. Применение алгоритмов сжатия лишь частично решит проблему. Кроме того, приёмная антенна потребуется невероятных размеров. При строительстве в космосе она будет дорогой, на Земле же многочисленные огромные «тарелки» придётся возводить по всей планете.

Лазер

Что же делать? Если мы хотим перейти от ненадёжного dial-up'а к широкополосному соединению, понадобится лазерная связь, в которой быстро включающийся-выключающийся лазер будет играть роль радиопередатчика. Когерентность его огромна, и даже на расстоянии в несколько световых лет лучшие современные лазеры уже могут дать различимый сигнал.

Кроме того, в качестве промежуточных станций связи в этом случае могут использоваться отработанные топливные баки межзвёздного зонда. Например, так:

Однако каждое достоинство скрывает внутри себя недостаток. Способность лазера концентрировать пучок излучения в определённой точке ведёт к необходимости очень точного расположения приёмной станции. Всего несколько метров в сторону от оси пучка — и сигнала не будет вовсе. Но Земля движется вокруг Солнца, оно — вокруг центра Галактики, и всё это происходит на скоростях, в десятки раз превышающих скорость полёта пули. Да и все эти орбиты подвержены флуктуациям, влиянию гравитации соседних звёзд, которые не важны, когда вы используете радиосвязь с Луной, но колоссально значимы уже для связи с Альфой Центавра. Хуже того, пучок света от лазера при приближении зонда к другой солнечной системе будет искажаться и её гравитацией тоже.

Гравитация

Ну а каждый недостаток, при внимательном рассмотрении, может скрывать в себе достоинство!

Гравитационное искажение электромагнитных волн ведёт к возможности использования гравитационной линзы, усиления электромагнитных колебаний (в данном случае — светового пучка) от тела со значительной гравитацией. В нашей Солнечной системе одно такое как раз есть. Действительно, расположив на одной линии с Солнцем и лазерным лучом от зонда космический корабль-приёмник, мы можем в несколько раз усилить сигнал — а значит, в разы снизить количество энергии, необходимое лазерному передатчику зонда. И это значимо, так как даже атомный реактор не сможет снабжать зонд мегаваттами энергии сотни лет подряд без сбоев. По крайней мере на Земле такое не удаётся даже нациям-перфекционистам вроде японцев.

У этого решения, как читатель уже догадался, тоже есть недостаток. Гравитационная линза Солнца слишком велика; она начинает работать на расстоянии, в 550 раз превышающем дистанцию от Земли до Солнца. Дальше всех зашедший космический аппарат землян «Вояджер» пока отлетел всего на 120 а. е., то есть не прошёл и четверти пути. Однако команда «Икара» склонна предполагать, что это решаемая проблема. И в самом деле: уже сейчас есть технологии, способные разгонять космические корабли до скоростей, на порядок бόльших, чем у «Вояджера». То есть в обозримой перспективе вывести корабль на расстояние в 550 а. е. от Солнца можно.

Проблемы? Куда же без них. Такой корабль, для того чтобы оставаться в одной и той же точке (а иначе сеанс связи не состоится), должен всё время слегка маневрировать. Оставим вопросы о том, откуда он возьмёт для этого энергию. Атомный реактор, периодическая смена кораблей — все эти дорогостоящие мероприятия неизбежны, но выполнимы. Однако для качественной навигационной привязки к «точке связи» с межпланетным зондом такую машину придётся обеспечить навигационной системой GPS-типа, только в масштабах Солнечной системы. Радует одно: по расчётам, такая группировка навигационных кораблей должна находиться «почти совсем недалеко» от Солнца — всего лишь на удалении Сатурна.

Соответственно, корабль-приёмник тоже будет слать лазерный луч на межзвёздный зонд или его промежуточные станции связи, чтобы тот «знал», куда отправлять ответ с собранной информацией.

Любой специалист по современной космонавтике скажет, что масштаб затрат, необходимый для реализации такого проекта, превосходит нынешние космические расходы, как пирамида Хеопса превосходит гробницу Ленина. И это с учётом того, что массовые запуски космических кораблей могут несколько снизить стоимость элементной базы. Разумеется, на сегодняшних химических ракетах это невозможно, иначе затраты запросто могут превысить суммарный ВВП всех государств Земли. Но ничто, кроме политической воли, не мешает уже сегодня разрабатывать космические корабли с ядерными реакторами и соответствующие им по мощности ионные двигатели. А с такими средствами передвижения полёты внутри Солнечной системы должны стать радикально дешевле.

То же относится и к остальным элементам проекта. Верной остаётся основная идея, высказанная ещё группой «Дедал» в 1970-х: все нужные технологии уже существуют, не хватает лишь решения конкретных инженерных задач. От себя добавим: и гонки престижа между парой каких-нибудь сверхдержав.

Текст: Александр Березин

Подробнее


Комментарии

Комментарии

Вход в систему

Введите имя пользователя и пароль для входа в систему:
Вход в систему

Забыли пароль?

Аэрономия

(от аэро- и от греч. nomos - закон) Наука, изучающая физические и химические процессы в верхних слоях атмосфер любых планет, в том числе и земной атмосферы и ионосферы на высотах... [далее]

Rambler's Top100