Пришло ли время для космических лазеров? Почти.
Со временем идеи, которые когда-то были ограничены областью научной фантастики, становятся более реалистичными. Это касается таких вещей, как использование роботов для исследования других миров. Космические лазеры — широко используемый элемент в научной фантастике, и мы приближаемся к тому времени, когда они могут стать реальностью.
Где бы мы их разместили и для чего бы мы их могли использовать?
В научной фантастике лазеры в основном используются как мощное оружие. В то время как некоторые страны исследовали идею использования лазеров в качестве космического оружия, международный договор ограничивает их использование.
Более реалистичным применением лазеров является отклонение приближающихся астероидов или использование в качестве двигательных установок для космических аппаратов. В новой статье исследователь изучает, где в космосе можно разместить гигантскую лазерную решетку, чтобы она приносила наибольшую пользу человечеству и в то же время минимизировала риск.
Исследование называется «Минимальные безопасные расстояния для космических лазеров DE-STAR». Статья находится в стадии предварительной печати, и Адам Хибберд из Инициативы по межзвездным исследованиям в Лондоне, Великобритания, является ее единственным автором.
Хотя космические лазеры также можно использовать для утилизации ресурсов или в спутниковых лазерных системах локации для управления космическим движением, Хибберд сосредоточен на их использовании для защиты Земли от столкновений.
DE-STAR означает Directed Energy Systems for Targeting of Asteroids and exploRation (Системы направленной энергии для нацеливания на астероиды и исследования). Из всех обсуждавшихся идей космических лазеров DE-STAR, вероятно, является наиболее изученной и разработанной. Она будет состоять из модульной фазированной решетки лазеров, питаемых от солнечных батарей. Она могла бы нагревать поверхность потенциально опасных объектов (ПОО) примерно до 3000 Кельвинов. Этого достаточно, чтобы расплавить все известные компоненты ПОО. DE-STAR также можно было бы использовать для приведения в движение космических аппаратов.
Идея возникла у меняв 2013 году, когда группа исследователей опубликовал статью под названием «DE-STAR: Технология фазированной лазерной решетки для планетарной обороны и других научных целей.«В своей статье они изложили идею DE-STAR, лазерной решетки с дистанционным управлением. В 2016 году некоторые из тех же авторов опубликовали еще одну статью под названием «Направленные энергетические миссии для планетарной обороны.” Он расширил DE-STAR и добавил DE-STARLITE, автономную систему который будет отправлен в непосредственной близости от приближающегося объекта, чтобы отразить его с помощью лазеров.
В любом случае система будет основана на энергии Солнца. «DE-STAR — это квадратная модульная конструкция, которая использует энергию, создаваемую банками солнечных батарей в космосе, для генерации и усиления мощности лазерного луча», — объясняет Хибберд в своей новой статье. В литературе DE-STAR обычно называют DE-STAR n, где n обычно находится между 0 и 4 и обозначает размер банка лазеров. Чем больше массив, тем он мощнее. Чем мощнее DE-STAR, тем эффективнее он будет отклонять астероиды с больших расстояний.
Хотя достоинства этой идеи очевидны сразу, вскоре появляются и проблемы. Банк мощных космических лазеров — мечта каждого суперзлодея. Его разрушительная сила может быть колоссальной. «С DE-STAR 4
структура (площадью 10 км × 10 км), способная генерировать лазерный луч мощностью порядка десятков гигаватт,
«Очевидно, что существует потенциальная возможность использования такого актива в качестве оружия для поражения определенных мест на Земле», — пишет Хибберд.
Как можно снизить этот риск, чтобы систему можно было использовать для защиты Земли, а не как оружие?
Простое решение — не размещать их на орбите Земли. Лазеры теряют энергию с дальностью, поэтому их можно размещать на расстояниях, где они не представляют угрозы. «Результаты показывают, что, учитывая, что они должны находиться на расстоянии 1 а.е. от
«Кроме Солнца, существуют возможные места для размещения массивов DE-STAR 0-2, где нет опасности для Земли», — пишет Хибберд.
Разумеется, чем больше лазеров в массиве, тем больше минимально безопасное расстояние.
Для DE-STAR 4 или даже 5 этого расстояния будет недостаточно. Вместо этого эти лазеры должны будут находиться гораздо дальше или в таких местах в Солнечной системе, где нет прямой видимости с Землей. Этим системам нужно будет регулярно корректировать свои позиции с помощью бортовой двигательной установки «или, что предпочтительнее, с помощью отталкивания от самого лазера», объясняет Хибберд.
Минимальное безопасное расстояние также меняется в зависимости от длины волны системы DE-STAR. Хибберд определяет минимальное безопасное расстояние как одиночный лазер с максимальной интенсивностью на поверхности Земли 100 Втм-2. «Или порядка 10 % солнечной постоянной на Земле (1 а.е. от Солнца)», — пишет Хибберд. Для инфракрасной системы минимальное безопасное расстояние находится сразу за геосинхронной орбитой Земли (GEO). На более мощном конце шкалы УФ-лазер должен находиться за пределами окололунного пространства.
Есть еще один фактор, который следует учитывать. Поскольку DE-STAR получает энергию от Солнца, его мощность уменьшается по мере удаления от Солнца. «Это уменьшение является следствием уменьшения интенсивности солнечного потока на фотоэлектрических элементах, где действует закон обратных квадратов», — объясняет Хибберд.
Для массивов DE-STAR 1 и 2 минимальные безопасные расстояния не так уж велики. Хибберд отмечает, что для массива DE-STAR 2 подойдут точки Лагранжа Солнце/Земля 4 и 5, не требующие тяги. L4 и L5 находятся примерно в 400 000 км от Земли.
Однако по мере увеличения массивов минимальное безопасное расстояние быстро увеличивается. И наоборот, доступная солнечная энергия уменьшается.
DE-STAR 3 должен быть размещен где-то за поясом астероидов. Если бы он был ультрафиолетовым, он должен был бы быть за Юпитером.
Фазированная решетка DE-STAR 4 должна быть намного дальше. Она должна быть на расстоянии около 30–40 а.е., а для ультрафиолетовой системы — еще дальше, около 70 а.е. от Солнца.
Таблицы выше предполагают прямую линию видимости с Землей. Но есть места, где прямой линии нет, и они могут быть использованы в качестве мест для мощных массивов. Хибберд объясняет, что точка Лагранжа 2 Земля/Луна и точка Лагранжа 3 Солнце/Земля обе не имеют прямых линий видимости, но, к сожалению, нестабильны. «В обоих случаях нестабильность этих точек приведет к тому, что DE-STAR уйдет и потенциально станет видимым с Земли, поэтому для предотвращения этого потребуется бортовой двигатель», — пишет Хибберд. Возможно, что можно построить массив, который физически не сможет направить на Землю, но автор не рассматривает этот аспект проблемы.
Никто не строит фазированную решетку DE-STAR, но это не значит, что об этом еще рано думать. Этот тип технологии уже на горизонте, и трудно предсказать, какая страна или страны могут стать первыми, кто ее построит. Существуют договоры, предотвращающие размещение оружия в космосе, но не все их подписали. Известно, что некоторые страны подписывают договоры, а затем нарушают их, в любом случае. Также можно утверждать, что это не оружие.
Вероятно, не пройдет много времени, прежде чем серьезные разговоры о такой системе начнут всплывать в более широких публичных дискуссиях. Это наверняка породит множество политических трудностей и споров, поскольку страны будут спорить о том, что является оружием, а что нет.
Если цивилизация хочет выжить, нам в конечном итоге понадобится способ защитить весь земной шар от ударов астероидов, будь то фазированные лазерные решетки или какая-то другая система.
