В научно-фантастических книгах и кино межзвездные перелеты выглядят обманчиво простыми: герои выбирают звездную систему на карте и отправляются в путь на суперкорабле. Он способен путешествовать либо в ином измерении (варп, кротовая нора и тому подобное), либо лететь быстрее света, либо использовать еще какую-то недоступную нам сейчас технологию. В реальности же законы физики и гигантские расстояния превращают любую подобную затею в пшик, а стоить такая авантюра будет запредельно.
Однако недавно был анонсирован Fermi Explorer — проект с амбициозной целью достичь Альфы Центавра — ближайшей к Земле звездной системы. Он должен уложиться в 15 миллионов долларов, правда, аппарат доберется до цели через 77 тысяч лет. Нам с вами о результатах точно не узнать. Зачем тогда это все? Давайте разберемся, что же хотят его создатели (ну, конечно, кроме 15 млн долларов).
Что за проект
В основе Fermi Explorer лежит идея максимального упрощения всей конструкции и использования только готовых технологии. Инженеры возьмут готовый корпус со стандартными ионными двигателями на ксеноне, добавят груз и запустят зонд за пределы Солнечной системы. Весить вся конструкция будет около ста килограммов, причем две трети массы займет топливо.
К проекту предъявляют четыре основные требования:
Запуск должен состояться до конца 2029 года.
Полезная нагрузка — минимум 1 кг в объеме 10 × 10 × 10 см.
Проектирование, сборка, запуск и сопровождение на первом этапе полета тоже должны входить в стоимость.
За почти 80 тысяч лет зонд должен пройти не меньше 99% пути до Альфы Центавра.
Альфа Центавра — это тройная звездная система. Чуть ближе к нашему Солнцу находится Проксима Центавра (Альфа Центавра С), но целью Fermi Explorer выбраны Альфа Центавра A и B. Разница всего около 3%, а при полете на десятки тысяч лет это почти ничего не меняет. Зато сама цель удобнее, так как Проксима — тусклый красный карлик в отличие от Альфа Центавра A и B — ярких звезд, похожих на Солнце. На них проще ориентироваться, да и с научной точки зрения они выглядят заманчивее.
Поддерживать связь с аппаратом будут полтора года, примерно до орбиты Юпитера, затем расстояние станет слишком большим для его маломощной радиосистемы. Еще на корпусе планируют установить уголковые отражатели, благодаря которым наземные телескопы смогут следить за зондом по отраженному свету.
После завершения разгона аппарат продолжит полет без связи с Землей, и исправить программу, уточнить траекторию или получить собранные данные уже не выйдет. Поэтому полезная нагрузка у Fermi Explorer скорее символическая. На борт хотят поместить копию золотой пластинки с «Вояджеров», детские письма, системы регистрации столкновений с межзвездной пылью, дозиметры и аэрогелевые ловушки. Кроме того на аппарате будут образцы радиоактивных изотопов, чтобы в неком сильно отдаленном будущем кто-нибудь смог определить возраст зонда и изучить его путь.
Как будет происходить разгон
Ионным двигателям требуется электричество, которое аппарат получает от солнечных панелей. По мере удаления от Солнца выработка энергии падает, поэтому постоянно разгоняться по пути к границе системы зонд не сможет. Уже в районе орбиты Юпитера мощности его панелей для работы двигателей будет недостаточно.
После запуска зонд сначала выйдет на вытянутую орбиту вокруг Солнца и несколько витков будет приближаться к нему. В самой близкой точке расстояние до звезды составит около 0,42 астрономической единицы — немного больше, чем у Меркурия. Здесь солнечные панели получают максимум света, а ионные двигатели смогут работать на полной мощности. Во время сближений аппарат будет понемногу увеличивать скорость, затем уходить на дальний участок орбиты, возвращаться к Солнцу и повторять маневр. За несколько витков зонд наберет скорость, нужную для ухода из Солнечной системы. Эту схему разработчики называют «накачкой в перигелии».
Дополнительное преимущество дает эффект Оберта. Импульс, полученный на высокой скорости вблизи массивного тела, сильнее меняет энергию орбиты, чем такой же импульс вдали от него. В случае Fermi Explorer речь идет о серии продолжительных разгонов в наиболее выгодных участках траектории. Двигатели будут работать год, а сам этот этап займет около 12 лет. Потом аппарат будет двигаться по орбите и ждать очередного сближения с Солнцем. В конце подготовительного этапа он вылетит из Солнечной системы со скоростью около 24–25 км/с. Это быстрее «Вояджера-1», который удаляется от Солнца со скоростью примерно 17 км/с, и тем более «Новых горизонтов» с его 13,5 км/с.
Если бы Альфа Центавра оставалась на месте, расстояние в 4,4 светового года аппарат преодолел бы примерно за 50 тысяч лет. Но звезды движутся по Галактике, и за это время система заметно сместится относительно Солнца. Поэтому зонд заранее нацеливают на расчетную точку будущей встречи. Она окажется примерно в шести световых годах от Земли, так что весь путь займет около 77 тысяч лет.
К самим звездам аппарат не подойдет. По расчетам, он пройдет примерно в 2500 астрономических единицах от центра системы Альфы Центавра. Зонд не выйдет на орбиту, не сможет исследовать звезды или их планеты и после сближения продолжит полет в межзвездном пространстве.
Что в реальной космонавтике уже есть для межзвездных перелетов
К сожалению, у нас нет кротовых нор, гипердвигателя или технологии полета в варпе. Есть лишь проверенные годами технологии и проекты.
Рекордсменом по скорости пока считается солнечный зонд Parker, набравший около 200 км/с. Но он достигал таких скоростей только при приближении к Солнцу, а на обратном пути снова ее терял. Для межзвездной миссии важна остаточная скорость: Fermi Explorer должен выйти на 24–25 км/с и удаляться от Солнца на 30% быстрее «Вояджера-1».
Но для нас эти цифры все равно остаются огромными. Свет долетает от Солнца до Земли за восемь минут, до края облака Оорта фотон идет несколько месяцев, а до Альфы Центавра — чуть больше четырех лет. Аппарату на скорости 25 км/с на этот же путь понадобятся десятки тысяч лет — это больше, чем существует человеческая цивилизация.
Fermi Explorer нельзя считать полноценной исследовательской миссией к другой звезде. Его отличие от «Вояджеров» заключается в исходной цели: старые зонды отправляли для изучения планет-гигантов, а выход из Солнечной системы стал вишенкой на торте основной программы. Fermi Explorer изначально создается для движения к конкретной звезде.
Так, а зачем все это?
15 млн долларов на дороге не валяются. Действительно, отдача от такой миссии будет скромной. В первые годы зонд будет проверять работу ионного двигателя и расчет траектории. Но этот проект продемонстрирует возможности текущих технологий и докажет, что отправить аппарат к другой звезде можно уже сейчас, не дожидаясь прорывных технологий. Правда, придется учесть, что полет займет десятки тысяч лет.
У проекта есть и философский аспект, связанный с парадоксом Ферми. Если человечество смогло отправить бюджетный зонд к соседним звездам, то подобные нам развитые цивилизации за миллионы лет заполнили бы такими аппаратами всю Галактику. Но мы почему-то никаких следов чужой техники до сих пор не видим. Один запуск парадокс, конечно, не разрешит, но покажет проблемы, с которыми может столкнуться подобная миссия.
Еще Fermi Explorer поможет инженерам оценить ресурс коммерческой электроники, скорость деградации солнечных панелей и надежность автопилота при долгой автономной работе. Эти данные пригодятся и в обычных миссиях внутри Солнечной системы.
Что касается цены, то заявленный бюджет в 15 млн долларов — пока лишь ориентир. Авторам еще нужно найти финансирование, утвердить финальный проект, выбрать подрядчиков и провести полный цикл испытаний. И если у них все получится, то спустя 70 с лишним тысяч лет кто-нибудь сможет поймать древний зонд в районе Альфы Центавра и рассчитать его траекторию. Но его создатели об этом уже не узнают.
