Femto-kosmosa kuģis varētu ceļot uz Alfa Kentauri

Pagājušajā gadā neliela astronomu komanda paziņoja par Zemei līdzīgas planētas atklāšanu, kas riņķo ap sarkano punduru zvaigzni Proksimu Kentauri, kas ir viens no mūsu tuvākajiem kaimiņiem Alfa Kentauri sistēmā. Šī eksoplaneta, ko sauc par Proxima Centauri b, atrodas apdzīvojamajā zonā ap tās saimnieku. Jebkuram ūdenim vajadzētu pastāvēt šķidrā veidā, padarot šo planētu par svarīgu kandidātu ārpuszemes dzīvības meklējumos.

Līdz ar to Proxima Centauri b ir radījis intensīvu interesi. Tas atrodas aptuveni 40 triljonus kilometru no Zemes, attālumu, ko gaisma veic nedaudz vairāk kā četros gados. Kosmosa kuģis, kas pārvietojas ar aptuveni desmito daļu gaismas ātruma, varētu veikt ceļojumu aptuveni 50 gadu laikā.

Un tas rada interesantu jautājumu. Vai ir iespējams uzbūvēt kosmosa kuģi, ko mēs varētu nosūtīt uz Proxima Centauri mūsdienu cilvēku dzīves laikā?

Šodien mēs saņemam sava veida atbildi, pateicoties Andreasa Heina un draugu darbam starpzvaigžņu pētījumu institūtā Londonā, Apvienotajā Karalistē. Šie puiši ir izstrādājuši plānus grama izmēra kosmosa kuģim, kas varētu veikt ceļojumu, aprīkots ar komplektu instrumenti, kas varētu veikt rudimentārus zvaigžņu sistēmas novērojumus un nosūtīt rezultātus atpakaļ uz Zemi. Viņi sauc savu femto-kosmosa kuģi par Andromeda zondi un saka, ka tas varētu būt ceļā uz Proxima Centauri un tās māsas zvaigznēm tikai pēc dažiem gadiem.

Bet ir brīdinājums. Lai gan dažas no šim ceļojumam nepieciešamajām tehnoloģijām ir pieejamas tagad vai tuvākajā nākotnē, citas ir daudz spekulatīvākas.

Pamata dizains ir vienkāršs. Andromeda zonde būtībā ir viedtālruņa kameras iekšpuse. Tas sastāv no melnbaltas 12 megapikseļu kameras, objektīva, dažiem inerciālajiem sensoriem un magnetometra. Tam ir arī kodolakumulators, elementāra stūres iekārta un sakaru sistēma. Piedāvātā kosmosa kuģa kopējā masa ir 23 grami, saka Heins un citi.

Un to virza lāzera gaisma. Ideja, kuru jau ir izpētījuši vairāki citi, ir aprīkot Andromeda zondi ar vieglu buru un paātrināt to virzienā uz Proxima Centauri, izmantojot ārkārtīgi jaudīgu lāzera staru. Šis lāzers atradīsies Zemes orbītā ar nepārtrauktu 15 gigavatu jaudu.

Heins un kolēģi sniedz rūpīgu informāciju par tehnoloģiju izaicinājumiem, kas saistīti ar šāda kosmosa kuģa (ja ne lāzera sistēmas) būvniecību.

Viens no kritiskākajiem izaicinājumiem ir navigācija dziļajā kosmosā. Liela daļa zondes navigācijas precizitātes būs atkarīga no lāzera rādīšanas precizitātes. Komanda saka, ka nanoradiāna precizitāte būtu piemērota un ka vairākiem pašreizējiem kosmosa kuģiem ir līdzīgas prasības. Piemēram, Džeimsa Veba teleskopa norādes precizitāte ir 24 nanoradiāni.

Taču kosmosa kuģim ik pa laikam tomēr būs jāveic nelielas korekcijas. Un tas būs iespējams tikai tad, ja tas ar augstu precizitāti zinās, kur tas atrodas. To var izdarīt, izmantojot iebūvēto kameru un inerciālos sensorus zvaigžņu izsekošanai, taču tas joprojām ir sarežģīts uzdevums.

Kosmosa kuģim būs arī jāorientējas un precīzi jāseko objektiem. Braucot ar 0,1 gaismas ātrumu, kosmosa kuģis šķērsos Proxima Centauri sistēmu aptuveni sešu dienu laikā. Šajā laikā tai būs jāuzņem tik daudz fotogrāfiju un citu novērojumu, cik tas spēj.

Tātad kosmosa kuģim būs jāseko saviem mērķiem un ar augstu precizitāti jānorāda uz tiem, pretējā gadījumā attēli būs bezjēdzīgi. Un tas būs jādara autonomi, jo astoņu gadu komunikāciju laiks uzliek nopietnus ierobežojumus tam, kādu palīdzību var sniegt zemes kontrole.

Heins un co identificē dažādus veidus, kā norādīt kosmosa kuģi un mainīt tā orientāciju. Būtiski, ka vairākiem no tiem nav nepieciešami iekšējie barošanas avoti. Viena no idejām ir mainīt gaismas buras daļu atstarojumu tā, lai lāzers iedarbotu nevienmērīgu spēku, kas liek tam pagriezties.

Vēl viena, jaudīgāka ideja ir pārvietot masu uz stara, liekot kosmosa kuģim griezties. Taču komandas iecienītākais ir aprīkot buru ar kustīgiem atlokiem, kas var radīt griezes momentu un tādējādi pagriezt kosmosa kuģi.

Viena no starpzvaigžņu ceļošanas problēmām ir risks, ka var nokļūt putekļu daļiņā. Pie desmitdaļas gaismas ātruma šāda sadursme varētu iztvaikot kosmosa kuģi. Tāpēc Heins un kolēģi plāno pārklāt zondi ar grafēna Whipple vairogu, kas sastāv no vairākiem slāņiem, kas paredzēti, lai sadalītu visas daļiņas, kad tās iet cauri slāņiem, tādējādi izplatot savu enerģiju.

Iznīcināšanas risks rada vēl vienu interesantu ideju — kosmosa kuģu bara nosūtīšanu. Tas palielina misijas dublēšanu un datu vākšanas iespējas. Tas arī labāk izmanto lāzera staru, kas izkliedēsies, tāpēc tiks zaudēta liela daļa enerģijas. Šo iemeslu dēļ femtokosmosa kuģu baram ir jēga.

Tad ir sakaru sistēma ar Zemi, kurai jāspēj nosūtīt mājās jebkādus kosmosa kuģa uzņemtos attēlus. Ja jauda ir augstākā līmenī un atrodas vairāku gaismas gadu attālumā, tas, visticamāk, prasīs daudz laika.

Bet to var uzlabot dažādos veidos. Viena no idejām ir izveidot datu bāzes sistēmu, dažādos laikos nosūtot femto-kosmosa kuģus, lai pārtvertu signālus un nodotu tos tālāk. Vēl viens ir izmantot saules gravitācijas lauku kā objektīvu, lai fokusētu signālus no Proxima Centauri. Tas nozīmētu kosmosa kuģa novietošanu aiz mūsu saules tiešā līnijā ar mērķi, kas ir vēl viens sarežģīts un dārgs uzdevums.

Borta jauda ir nedaudz vienkāršāka. Tam vajadzētu būt sava veida kodolakumulatoram. Tas rada siltumu, jo tā radioaktīvais saturs sabrūk, un ir viens no retajiem komponentiem, kas labi atbilst mūsdienu inženierijas robežām.

Visbeidzot, ir kutelīgs jautājums, cik tas viss izmaksātu un kad varētu nosūtīt šādu misiju. Heins un co samierinās ar ievērojamo summu 11 miljonu ASV dolāru apmērā no pirmā kosmosa kuģa izstrādes izmaksām. Tas šķiet ambiciozi, pat ja tas attiecas tikai uz kosmosa kuģi.

Tajā nav arī ņemtas vērā daudz nozīmīgākās izmaksas, kas saistītas ar milzīgu izmēru lāzera piedziņas sistēmas izstrādi un iedarbināšanu. 15 GW lāzers ir nozīmīgs zvērs. Tas ir aptuveni par kārtu vairāk jaudas nekā Trīs aizu dambja jauda Ķīnā, kas pašlaik ir pasaulē jaudīgākā spēkstacija.

Lai gan dažas no šīs idejas pamatā esošajām tehnoloģijām šķiet iespējamas īstermiņā un vidējā termiņā, ir vairākas tādas, kuras tā nav, jo īpaši lāzera piedziņas sistēma. Arī izmaksas vai grafiks nešķiet pilnībā noenkurotas reālajā pasaulē.

Tomēr Heins un kolēģi apgalvo, ka viņu ziņojumā ir pieņemts, ka palaišanas datums ir no 2025. līdz 2035. gadam.

Iespējams, visnozīmīgākais šīs misijas trūkums ir zinātniskā atdeve. Šeit tiek solīts daži viedtālruņu attēli ar Proxima Centauri vai tā māsas zvaigznēm Alpha Centauri sistēmā.

Pastāv liela varbūtība, ka šie attēli nebūs kvalitatīvi un var vispār neko neparādīt, vismazāk Proxima Centauri b. Visticamāk, mēs, visticamāk, varēsim ātrāk uzņemt labākus šīs eksoplanētas attēlus, izmantojot kosmosa teleskopus mūsu pašu Saules sistēmā, piemēram, Džeimsa Veba teleskopu.

Bet tas ir, lai novērstu piedzīvojumu garu šajā misijā. Un tāpēc nebūtu prātīgi to izslēgt.

Privātie kosmosa uzņēmumi cīnās par piekļuvi orbītai. Viņu redzeslokā redzamie mērķi ir: cilvēku nosūtīšana orbītā, sūtīšana ap Mēnesi, tuvumā esošie asteroīdi un, iespējams, uz tiem. Papildus tam ir Marss.

Taču topošajam kosmosa biznesam, kas vēlas iegūt savu vārdu, Proxima Centauri un tās māsas zvaigznes varētu izteikt izaicinošu piedāvājumu. Heins un co noteikti sakrusto pirkstus.

Atsauce: arxiv.org/abs/1708.03556 : Andromeda pētījums: Femto-kosmosa kuģa misija uz Alpha Centauri

paslēpties