На протяжении сотен лет люди посвятили себя исследованию тайн Вселенной. Однако для достижения межзвездной навигации требования к мощности космических кораблей будут более строгими. Чтобы путешествовать к звездам, находящимся на расстоянии десятков световых лет, нам нужно иметь с собой много топлива, но это сделало бы космический корабль слишком тяжелым.
Поскольку существует множество препятствий для перевозки топлива с собой, можно ли путешествовать налегке и просто отказаться от топлива? Теперь есть возможность прикрепить звездолет к гигантскому светоотражающему парусу и осветить его мощным лазером. Импульс фотонов разгонит космический корабль до скорости света. Двигаясь по лучу, миссия с легким парусом может достичь Проксимы Центавра (Проксима Центавра — ближайшая к Земле звезда после Солнца, примерно в 4,2 световых годах от нас) за несколько десятилетий.
Что такое легкий парус? Легкий парус, также известный как солнечный парус или фотонный парус, представляет собой двигательную систему космического корабля, которая использует световое давление солнечного света в качестве движущей силы. Легкие паруса используют световое давление солнечного света, а не энергию, генерируемую солнечной энергией.
Световой парус представляет собой гигантскую тонкопленочную линзу толщиной всего в одну десятую человеческого волоса. Его можно понимать как парус в эпоху Великих географических открытий. Световой парус создает световое давление, получая солнечный свет, тем самым заставляя космический корабль двигаться и ускоряться. Поскольку радиационное давление солнечного света очень мало, световому парусу необходимо пройти длительный процесс ускорения, но его преимущество в том, что его можно использовать везде, где есть солнечный или другой звездный свет, поэтому теоретически он может совершать длительные межзвездные путешествия.
Однако проблемы постройки достаточно большого и легкого легкого паруса и его продвижения вперед еще требуют решения. В настоящее время технология легких парусов все еще находится на стадии теоретических исследований, и ее инженерные задачи огромны, поскольку даже самые маленькие проблемы могут быть трудно решить на протяжении десятилетий световых лет.
Что касается стабильности легких парусов с лазерным приводом, в недавней статье обсуждалось, как сбалансировать легкий парус на лазерном луче. Хотя лазер можно направить прямо на звезду или на ее местоположение десятилетия спустя, световой парус может следовать за лучом только в том случае, если он идеально сбалансирован. Если световой парус слегка наклонен относительно луча, отраженный свет лазера придаст световому парусу небольшой боковой толчок. Каким бы малым ни было это отклонение, со временем оно будет увеличиваться, заставляя траекторию легкого паруса постоянно отклоняться от цели. Мы никогда не сможем идеально выровнять легкий парус, поэтому нам нужен способ корректировать небольшие отклонения.
Традиционные ракеты в основном используют внутренние гироскопы для стабилизации ракеты и используют двигатель для динамической регулировки тяги для восстановления баланса. Но системы гироскопов слишком громоздки для межзвездных легких парусов, а регулировка луча займет месяцы или годы, чтобы достичь легкого паруса, что делает быстрые изменения невозможными. Но в статье предлагается использовать радиационный трюк под названием Пойнтинг. -Эффект Робертсона.
Эффект Пойнтинга-Робертсона относится к явлению, при котором частицы в межпланетном пространстве притягиваются к Солнцу и движутся вокруг Солнца из-за взаимодействия с солнечным излучением. Он вызван поглощением и испусканием излучения частицами, поэтому его еще называют эффектом светового давления, заставляющего частицы пыли медленно падать на Солнце по спиральной орбите. Интенсивность этого эффекта пропорциональна линейной скорости пыли вокруг Солнца и интенсивности солнечной радиации.
Так как же нам использовать эффект Пойнтинга-Робертсона, чтобы наш детектор светового паруса оставался на курсе? Предполагая, что луч представляет собой простую монохроматическую плоскую волну (настоящие лазеры более сложны), авторы показывают, как простая система с двумя парусами может использовать эффекты относительного движения для поддержания баланса корабля. Когда парус слегка отклоняется от курса, восстанавливающая сила балки компенсирует это. Это доказывает, что концепция осуществима. Но со временем в игру вступают и релятивистские эффекты. Предыдущие исследования принимали во внимание эффект Доплера относительного движения, но это исследование показывает, что релятивистская версия хроматической аберрации также вступает в игру. В реальных проектах необходимо учитывать весь спектр релятивистских эффектов, что требует сложного моделирования и оптических методов. Таким образом, легкие паруса по-прежнему остаются возможным способом достичь звезд. Просто нам нужно быть осторожными и не недооценивать инженерные проблемы.
