Пътуването до Марс за 3 дни: какво всъщност предлага лазерното задвижване на Филип Лубин

В началото на 2016 г. из медиите тръгна заглавието, че НАСА е измислила как да съкрати пътуването до Марс от месеци на дни. Зад него стои реално изследване, но и няколко опростявания. Идеята е на физика Филип Лубин от Калифорнийския университет в Санта Барбара, а НАСА я финансира като ранна концепция чрез програмата си за иновативни и напреднали концепции (NIAC). Тоест става дума за проучване на идея, а не за кораб, който НАСА строи.

Идеята: платно, бутано от лазер

Химическите ракети са ограничени от енергията, която отделя горивото им. Лубин предлага друг подход: апаратът не носи двигател, а тънко отразяващо платно, а ускорението идва от мощен лазерен масив, който свети в платното от разстояние. Фотоните, които се отразяват от платното, му предават импулс. Според автора при такова задвижване няма вътрешна граница на скоростта освен скоростта на светлината, затова той го смята за технология без „задънена улица“.

Проектът в групата на Лубин носи името Starlight. Първата му фаза по NIAC, DEEP-IN (насочена енергия за междузвездни изследвания), започва през април 2015 г., а втората, DEIS, през май 2016 г., сочи страницата на групата. Основната цел са малки апарати „върху силициева пластина“ с маса около грам, които да достигнат над една четвърт от скоростта на светлината.

Какво пише в изследването за Марс

Подробните сметки са в статията „Пътна карта към междузвездния полет“, публикувана през 2016 г. в списанието на Британското междупланетно общество. В нея Лубин описва най-голямата версия на системата, наречена DE-STAR 4, с мощност 50–70 гигавата.

Според статията такъв масив би ускорил апарат с размерите на пластина и платно от 1 метър до около 26% от скоростта на светлината за около 10 минути. Апаратът би изминал разстоянието до Марс, взето като 1 астрономическа единица, за около 30 минути, би задминал „Вояджър 1“ за по-малко от три дни и би стигнал Алфа Кентавър за около 20 години.

За по-тежките апарати числата са други. Същата система би ускорила апарат от 100 кг, колкото тежи „Вояджър“, до около 1,5% от скоростта на светлината и той би изминал разстоянието от една астрономическа единица (приблизително до Марс) за около ден. Кораб от 100 тона би достигнал 0,26% от скоростта на светлината, или около 780 км/с.

За сравнение статията припомня, че „Вояджър 1“, изстрелян през 1977 г., напусна Слънчевата система след 37 години полет със скорост около 17 км/с, по-малко от 0,006% от скоростта на светлината.

С други думи, „три дни до Марс“ не е цифра от самото изследване. Числата в статията описват колко бързо апаратът изминава разстоянието при пълната версия на системата. Спирането при планетата и превозът на хора не са част от тези сметки.

Защо това още не е полет

Пълната система е огромна, затова Лубин предлага да се започне от малко. В статията той посочва, че по-малки версии от киловатов или дори 100-ватов клас могат да се изпробват, като изтласкват частици под милиметър до около 10 км/с, а единичен грам с подходящо платно би достигнал 10% от скоростта на светлината при масив от 20 гигавата и 10 километра. Авторът сам пише, че разгръщането на пълната система не е краткосрочна цел и че остава много работа, но настоява, че това „не е научна фантастика“.

Разходите той предлага да се разпределят върху много задачи: същата технология би могла да служи за планетарна защита, захранване на далечни апарати с енергия, далечна лазерна връзка и търсене на извънземни сигнали.

Какво последва

Идеята за малки апарати със светлинни платна, бутани от мощен наземен лазер, беше подета и от частната инициатива Breakthrough Starshot. Според страницата ѝ целта е „наноапарати“ да достигнат значителна част от скоростта на светлината и да прелетят край Алфа Кентавър малко повече от 20 години след изстрелването. Инициативата обявява изследователска програма с грантове, а не готов кораб.

Отворени въпроси

Физиката на лазерното платно е проста, а инженерството е изключително трудно: гигаватови лазерни масиви, платна, които да издържат на това осветяване, и връзка с апарат, отдалечен на светлинни години. Честното резюме на историята от 2016 г. е, че имаме сериозно финансирано проучване на нов вид задвижване, а не нов маршрут до Марс.