Исследователи представили методику, позволяющую в 10 раз ускорить межзвездные путешествия
В течение многих лет ученые искали способ преодолеть световые годы за "разумное" время, порядка человеческой жизни. В журнале Frontiers in Space Technologies команда из Университета Макгилла в Канаде и Фонда Tau Zero в США предлагает подход, непосредственно вдохновленный полетом морских птиц. Их техника позволит кораблю достичь таких планет, как Юпитер, всего за несколько месяцев.
"Если посмотреть на доступную цивилизации мощность и ту часть, которая может быть направлена на космические полеты, то можно утверждать, что запуск космического аппарата класса "Вояджер" к α-Центавре с временем прохождения, сравнимым с человеческой жизнью, будет возможен не ранее 25-го века", — отмечают исследователи. Таким образом, перспектива межзвездных путешествий требует успешной эксплуатации источников энергии, доступных в космосе, для приведения их в движение. Ветер заряженных частиц от Солнца быстро стал потенциальным источником, и в настоящее время изучается несколько прототипов солнечных парусов.
Задача не так проста: чтобы уловить максимальное количество солнечных фотонов, эти паруса должны простираться на несколько метров; материал, из которого они изготовлены, а также форма паруса должны быть разработаны таким образом, чтобы каждый удар фотона мог эффективно преобразовываться в энергию движения - и все это, конечно, должно быть как можно более прочным и легким. Но этого все равно было бы недостаточно. "Даже самый экстремальный солнечный парус, запущенный с близкого расстояния от Солнца с использованием материалов с самой высокой температурой и самой низкой плотностью, сможет достичь лишь 2% от скорости света", — отмечают исследователи. Это означает, что для достижения ближайшей звезды потребуется еще несколько столетий.
Цель: превысить скорость солнечного ветра
Было рассмотрено несколько концепций: магнитный парус, электрический парус и плазменный магнит. Магнитный парус (MagSail) будет состоять из петли сверхпроводящего кабеля, который создаст искусственную магнитосферу, отклоняя поток частиц солнечного ветра и передавая соответствующую силу реакции на кабель. Но исследователи объясняют, что они не могли превысить скорость солнечного ветра (т.е. около 700 км/с). Электрический парус (E-sail) не требует сверхпроводящего кабеля и использует заряженные провода высокого напряжения для отклонения заряженных частиц.
Плазменный магнит использует полифазную антенну на борту космического аппарата для генерации токов в окружающей среде, создавая магнитную структуру, которая разбухает за счет самоотталкивания, пока магнитное давление не уравновесится динамическим давлением солнечного ветра. Преимуществом является то, что он способен взаимодействовать с огромным объемом солнечного ветра при антенне всего в несколько метров и скромных потребностях в электроэнергии.
Но существует техника, которая позволит транспортному средству, взаимодействующему с солнечным ветром, превысить его скорость: динамическое парение - техника, практикуемая морскими птицами, которая предполагает многократное пересечение границы между воздушными массами, движущимися с разными скоростями. Такой градиент скорости ветра обычно формируется вблизи поверхности или вокруг препятствий. Такая техника полета позволяет некоторым птицам преодолевать тысячи километров, используя очень мало энергии.
![](/wp-content/uploads/2022/12/588-5.jpg)
Используя эту технику, любители дистанционно управляемых планеров достигли скорости более 850 км/ч, что примерно в 10 раз превышает скорость ветра, при этом планеры не имеют бортовой тяги. "Вдохновленные маневрами, практикуемыми морскими птицами и пилотами радиоуправляемых планеров, мы показали, что летательный аппарат, взаимодействующий с двумя различными ветровыми регионами, может извлекать энергию из сдвига ветра и разгоняться до скоростей, превышающих скорость ветра", — написала команда в Twitter (Соц сеть запрещена в РФ).
0,5% от скорости света за один месяц!
Несколько структур в Солнечной системе предлагают достаточно большие градиенты ветра, чтобы позволить такие маневры: терминальная ударная волна (где солнечный ветер меняется со сверхзвукового на дозвуковой), гелиопауза, медленный и быстрый солнечный ветер (300-750 км/с) и край планетарной магнитосферы.
Команда смоделировала случай градиентного полета в терминальной ударной волне, где скорости восходящего и нисходящего потоков предполагаются равными 650 км/с и 162 км/с: после 1,6 лет ускорения космический корабль достигнет скорости 6 × 106 м/с, или около 2% от скорости света (и без расхода топлива). При движении вдоль медленного и быстрого солнечного ветра ускорение еще более впечатляющее: 0,5% c всего за один месяц!
![](/wp-content/uploads/2022/12/588-6.jpg)
Для достижения такого полета исследователи представляют концепцию "магнитогидродинамического крыла", своего рода крыла, генерирующего подъемную силу, но без какой-либо физической структуры (не используется реактивная масса на борту). Это крыло можно реализовать с помощью двух плазменных магнитов, расположенных вдоль антенны длиной несколько метров. Поле, создаваемое магнитами, может взаимодействовать с потоками солнечного ветра в разных направлениях - подобно тому, как птицы используют турбулентность ветра для создания подъемной силы.
"В этой концепции подъемная сила создается путем извлечения энергии в одном направлении (в направлении среды, обдувающей космический аппарат) и ускорения потока в другом (перпендикулярном) направлении", — говорят они. Однако для изучения целесообразности такого подхода потребуется несколько десятилетий исследований.
"Развитие концепции взаимодействия с солнечным ветром как средства приведения в движение потребует поэтапного экспериментального подтверждения, первым из которых будет демонстрация значительного сопротивления солнечному ветру при использовании магнитной структуры для приведения в движение. Плазменный магнит, похоже, лучше всего работает в плане ускорений [...], поэтому демонстрация технологии плазменного магнита представляется следующим логическим шагом", — заключают исследователи.