Звездный огонь

Starwisp — это гипотетическая конструкция беспилотного межзвездного зонда, предложенная покойным Робертом Л. Форвардом . Он приводится в движение микроволновым парусом, по своей концепции похожим на солнечный парус , но питается микроволнами от искусственного источника. Он пролетел бы через целевую систему, не замедляясь.

Описание

«Starwisp» — это концепция межзвездного зонда сверхмалой массы, перемещаемого микроволновым лучом. Это было предложено ученым и писателем Робертом Л. Форвардом в 1985 году. ^{[ 1 ]} дальнейшая работа была опубликована Джеффри А. Лэндисом в 2000 году. ^{[ 2 ]} В предлагаемом устройстве используется лучевая тяга в виде мощной микроволновой антенны, толкающей парус. Сам зонд будет состоять из сетки чрезвычайно тонких углеродных проволок диаметром около 100 м, расстояние между проводами будет такое же, как длина волны микроволн длиной 3 мм, которые будут использоваться для его толкания.

Форвард предположил, что провода будут включать в себя наноразмерные компьютерные схемы, датчики, системы сбора микроволновой энергии и микроволновые радиопередатчики, изготовленные на поверхности проводов, что даст зонду возможность сбора и передачи данных. Поскольку электроника распределена по всему парусу, не требуется никакого «оснастки», как это было бы в случае, если бы электроника миссии была помещена в отдельный зонд, который тянулся за парусом.

Первоначальная концепция Starwisp предполагала, что микроволны будут эффективно отражаться, а поверхность проволочной сетки будет действовать как сверхпроводник и почти идеально эффективное зеркало. Это предположение неверно. Лэндис показал, что сетка поглощает значительную часть падающей на нее мощности и поэтому не может оставаться достаточно холодной, чтобы стать сверхпроводящей . Конструкция термически ограничена, поэтому в концепции Лэндиса в качестве материала используется углерод.

Малая масса была ключевой особенностью зонда Starwisp. По расчетам Лэндиса, сетка имеет плотность всего 100 кг/км. ², на общую массу 1 кг плюс полезная нагрузка 80 грамм.

Хотя дифракционный предел сильно ограничивает дальность действия передающей антенны, зонд рассчитан на ускорение 24 м/с. ², так что он может достичь значительной части скорости света на очень коротком расстоянии, прежде чем выйти за пределы досягаемости. Антенна использует микроволновую линзу диаметром 560 км, будет передавать мощность 56 ГВт и ускорять зонд до 10% скорости света.

Зонд будет курсировать без питания в течение десятилетий, пока, наконец, не приблизится к целевой звезде , после чего антенна, запустившая его, снова нацелит свой луч на Звездный Висп. Это должно было быть сделано, когда Звездный Висп пройдет около 80% пути к месту назначения, чтобы луч и Звездный Висп прибыли туда одновременно. На таком чрезвычайно большом расстоянии антенна не сможет обеспечить какое-либо движение, но Starwisp сможет использовать свой проволочный парус для сбора и преобразования части микроволновой энергии в электричество для работы своих датчиков и передачи собранных данных домой. Starwisp не будет замедляться у целевой звезды, вместо этого выполняя миссию высокоскоростного облета.

Поскольку антенна требуется только на несколько дней при запуске Starwisp, а затем еще на несколько дней, несколько десятилетий спустя, для питания ее, пока она проходит мимо цели, зонды Starwisp могут производиться массово и запускаться мазером каждые несколько дней. Таким образом, можно будет собирать непрерывный поток данных об отдаленных солнечных системах, даже несмотря на то, что любой зонд Starwisp проводит через нее всего несколько дней. В качестве альтернативы, запускающий передатчик может временно использоваться для передачи энергии на Землю для коммерческого использования, как в случае со спутником, работающим на солнечной энергии .

Возможные способы изготовления

Создание такого тонкого зонда было бы серьезной проблемой. Одним из предложенных методов было бы «нарисовать» зонд и его схему на огромном листе пластика, который разлагается под воздействием ультрафиолетового света, а затем дождаться, пока лист испарится под воздействием солнечного ультрафиолета после его запуска в космос. .

В другом предложенном методе отмечалось, что провода зондов Starwisp имели тот же физический размер, что и провода и элементы схемы на современных компьютерных микрочипах , и могли быть изготовлены с использованием тех же фотолитографических технологий изготовления, что и компьютерные чипы. Зонд придется собирать из секций размером с нынешние кремниевые пластины, а затем соединять вместе.

Технические проблемы

Основной проблемой, с которой столкнется эта конструкция, будет радиация, возникающая в пути. Двигаясь со скоростью 20% скорости света, обычный межзвездный водород стал бы серьезной радиационной опасностью, а Звездный Висп остался бы без защиты и, вероятно, без способности активного самовосстановления. Другая проблема заключалась бы в том, чтобы ускорение Starwisp было достаточно равномерным по всей площади паруса, чтобы его тонкие тросы не порвались и не теряли форму. Даже небольшое искажение формы Звездного огонька может привести к катастрофе, поскольку одна часть Звездного огонька будет отражать микроволны в другом направлении, чем другая часть, и еще больше потеряет форму. Такой деликатный и тонко сбалансированный контроль может оказаться невозможным.

Возможность использования пыльного плазменного паруса. ^{[ нужна ссылка ]} в котором пыльное вещество, сохраняющееся в космосе в виде плазмы, отвечает за отражение электромагнитного излучения, могло бы обойти проблемы, связанные с радиационным повреждением среды, ответственной за передачу радиационного давления (пылевой плазменный парус может быть не так легко повредить в виде тонкой пленки и т.п.). Пыльные плазменные паруса также могут адаптировать свою трехмерную структуру в реальном времени, чтобы обеспечить отражение перпендикулярно любому падающему световому/микроволновому лучу.

В художественной литературе

В научно-фантастическом рассказе Форвард предположил, что луч спутника солнечной энергии можно использовать для запуска зонда Starwisp, пока спутник солнечной энергии тестируется после постройки. ^{[ 3 ]}

См. также

Breakthrough Starshot , финансируемое предложение по космическому кораблю типа Starwisp с лазерным двигателем.

Ссылки

^ Нападающий, Роберт (май – июнь 1985 г.). «Звездный огонь: сверхлегкий межзвездный зонд». Американский институт аэронавтики и астронавтики Журнал космических кораблей и ракет . 22 .
^ Лэндис, Джеффри А. «Межзвездный парус, толкаемый микроволновой печью: возвращение к Звездному огоньку» (документ AIAA-2000-3337, представленный на AIAA , Хантсвилл, Алабама, 17–19 июля 2000 г.). 36-й совместной конференции и выставке
^ Нападающий, Роберт (декабрь 1990 г.). «Переход в черноту». Аналог .

Внешние ссылки

[Forward1985-1] Нападающий, Роберт (май – июнь 1985 г.). «Звездный огонь: сверхлегкий межзвездный зонд». Американский институт аэронавтики и астронавтики Журнал космических кораблей и ракет . 22 .

[Landis2000-2] Лэндис, Джеффри А. «Межзвездный парус, толкаемый микроволновой печью: возвращение к Звездному огоньку» (документ AIAA-2000-3337, представленный на AIAA , Хантсвилл, Алабама, 17–19 июля 2000 г.). 36-й совместной конференции и выставке

[Forward1990-3] Нападающий, Роберт (декабрь 1990 г.). «Переход в черноту». Аналог .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]