Всегда существует потребность в новых технологиях или в новых способах использования существующих технологий, чтобы снизить стоимость исследования космоса и расширить наши возможности. Световые паруса — это новый тип космических кораблей, которые в конечном итоге могут стать нашими первыми посетителями близлежащих звезд, таких как система Альфа Центавра. Но их можно найти продуктивное использование прямо здесь, в нашей Солнечной системе.
Технология Lightsail не совсем нова. Планетарное общество доказало, что эта технология может использоваться в качестве двигателя для небольших спутников, когда они полагались только на солнечный свет, чтобы изменить орбиту своего космического корабля LightSail 2 в 2022 году. Японский космический корабль IKAROS 3 успешно продемонстрировал технологию светового паруса на межпланетном космическом корабле, когда он пролетел мимо Венеры в 2022 году. 2010.
Эти миссии были относительно скромными, но они предоставили важнейшее доказательство того, что технология светового паруса может работать.
Эти миссии полагались исключительно на солнечный свет в качестве источника энергии. Это может ограничить их использование внутренними солнечными системами, где много солнечного света. Но некоторые инженеры считают, что мы можем увеличить энергию Солнца с помощью мощных лазеров, нацеленных на световые паруса. Благодаря этой дополнительной направленной энергии световые паруса смогут путешествовать дальше в Солнечную систему.
В новой статье показано, как световые паруса можно использовать для посещения ледяных спутников Европы и Энцелада, двух главных целей в поисках жизни. Статья называется «Миссия-предшественник астробиологии на легком парусе на Энцеладе». Он находится на стадии препринта и еще не прошел рецензирование. Авторы — Манасви Лингам из Технологического института Флориды, Адам Хибберд из Техасского университета и Андреас Хейн из Института межзвездных исследований и Университета Люксембурга.
«Ледяные луны с подземными океанами жидкой воды входят в число наиболее многообещающих астробиологических объектов.
цели в нашей Солнечной системе», — пишут авторы. «В этой работе мы оцениваем возможность использования технологии лазерного паруса вместо обычного химического двигателя для реализации миссий по обнаружению жизни-предшественников».
Обратите внимание на слово «предшественник». Это слово направлено на ограничения космических кораблей с световым парусом. Самое главное, они не могут замедляться, как космические корабли с другими типами двигательных установок. Но космические корабли с световым парусом проще и дешевле, чем другие конструкции космических кораблей. Как они могут вписаться в наше исследование этих важных тел Солнечной системы, где жизнь может найти убежище в теплых соленых океанах, погребенных под километрами льда?
Космический корабль Lightsail может с трудом замедляться, но он может контролировать свое положение, как продемонстрировал японский космический корабль IKAROS. Он использовал ЖК-дисплеи с контролируемой отражательной способностью, чтобы изменять свое положение и траекторию. Таким образом, хотя световой парус не может выйти на орбиту таких спутников, как Европа и Энцелад, он может совершать облеты. Именно поэтому авторы называют их миссиями-предшественниками.
Исследователи следят за шлейфами, исходящими из погребенных океанов на обеих лунах. Отбор проб химического состава обоих этих шлейфов стал бы огромным шагом вперед в понимании их потенциальной обитаемости. «В основном мы исследуем такие миссии с лазерными парусами на Энцелад и Европу, поскольку эти две луны излучают шлейфы, которые кажутся доступными для отбора проб на месте», — пишут они.
То, что они предлагают, правильнее было бы назвать «лазерными парусами», потому что именно мощные лазеры делают их возможными. Они указывают на потенциал гигаваттных лазеров — технологии, которая исследуется и разрабатывается, но все еще недосягаема. Авторы говорят, что с такими мощными лазерами космический корабль с лазерным парусом может достичь Европы за 1–4 года путешествия и Энцелада за 3–6 лет путешествия. Эти цифры относятся к космическому кораблю массой 100 кг (220 фунтов), движущемуся со скоростью около 30 км с.?1.
Но лазеры GigaWatt — это не обычные лазеры. Это машины масштаба суперзлодеев, которые могли бы сжечь город, если бы они были нацелены на Землю. Более того, их, возможно, придется построить в Арктике или Антарктике для миссии на Энцелад. Последствия создания мощной энергетической инфраструктуры в любом месте в лучшем случае неясны.
По словам авторов, существуют определенные окна запуска для достижения Европы и Энцелада. Окна зависят от того, где находятся Земля и целевые спутники, а также от скорости космического корабля. И это частично зависит от мощности лазера.
Команда также рассчитала минимальные скорости столкновения для каждой луны. Эти скорости позволяют лазерным парусам встречать обе луны и пролетать мимо них без столкновений. Разные спутники имеют разную массу и гравитационное взаимодействие со своими планетами, поэтому каждая миссия будет иметь разную минимальную скорость в зависимости от пункта назначения.
Космический корабль также не может двигаться слишком быстро. Если его скорость слишком высока, он не сможет обнаружить биологические строительные блоки, такие как аминокислоты, в шлейфах, исходящих от обеих лун.
Когда исследователи объединили все эти и другие факторы, они получили несколько окон запуска.
Космические путешествия — сложная вещь, хотя мы уже привыкли преодолевать эти сложности. Но лазерные паруса создают еще большую сложность, и это становится очевидным, когда вы смотрите на окна запуска и на то, как они связаны с минимальными скоростями и пунктами назначения. Минимальные скорости — это движущиеся цели, которые во многом зависят от пункта назначения и дат запуска.
Европа и Энцелад — важнейшие цели в поисках жизни. Эти типы спутников не так экзотичны, как мы когда-то думали, и нам нужно узнать о них больше. Эта статья представляет собой первый взгляд на использование лазерных парусов в качестве предшественников миссий. ЕКА и НАСА уже работают над миссиями к ледяным спутникам Юпитера, основанными на химическом движении. Но лазерные паруса могут сыграть свою роль в исследовании этих спутников.
Если их запустить в нужное время, они смогут быстрее достичь Европы и Энцелада. Их также дешевле строить, а в документе содержится приблизительная оценка миссии на Европу в 320 долларов США.
Но есть препятствия.
У нас пока нет достаточно мощного лазера, чтобы привести их в движение. И даже если мы это сделаем, сможем ли мы построить такой в Антарктиде? В Арктике? Возможно, в будущем в этом не будет необходимости, но в нынешнем виде он вряд ли получит одобрение. Деятельность в Антарктике регулируется Договором об Антарктике, но он был написан десятилетия назад, еще до того, как астронавты высадились на Луну и началась космическая гонка. В 1959 году никто не предполагал, что будет создан лазер мощностью гигаватт.
Но авторы отмечают, что лазерный парус также можно объединить с химическим двигателем, чтобы помочь преодолеть некоторые препятствия. Они также отмечают, что продолжающаяся миниатюризация электроники может изменить всю эту картину через десятилетие или два. Это может означать, что мы могли бы отправить на Энцелад флот лазерных парусных спутников SmallSat массой 1 кг (2,2 фунта) с гораздо меньшей мощностью.
Ни одна статья не может охватить все аспекты подобной темы, и авторы не утверждают, что рассмотрели все факторы. Но они отмечают, что миссии с использованием лазерных парусов теоретически осуществимы и могут оказаться полезными в ближайшем будущем.
«Следовательно, в заключение мы выступаем за то, чтобы будущие концепции миссий правительственных учреждений и
частные предприятия (например, Breakthrough Starshot) должны серьезно отнестись к архитектуре легких парусов», — заключают они.
