Breakthrough starshot: Breakthrough Initiatives

Межзвёздный полёт Breakthrough Starshot: проект Мильнера и Хокинга

Дмитрий Мамонтов
«Популярная механика» №7, 2016

12 апреля 2016 года знаменитый британский физик Стивен Хокинг и российский бизнесмен и меценат Юрий Мильнер объявили о выделении $100 млн на финансирование проекта Breakthrough Starshot. Целью проекта стала разработка технологий для создания космических аппаратов, способных совершить межзвездный полет к альфе Центавра.

В тысячах фантастических романов описаны гигантские фотонные звездолеты размером с небольшой (или большой) город, уходящие в межзвездный полет с орбиты нашей планеты (реже — с поверхности Земли). Но, по замыслу авторов проекта Breakthrough Starshot, все будет происходить совсем не так: в один знаменательный день две тысячи какого-то года к одной из ближайших звезд, альфе Центавра, стартует не один и не два, а сразу сотни и тысячи маленьких звездолетиков размером с ноготь и массой в 1 г. И у каждого из них будет тончайший солнечный парус площадью в 16 м², который и понесет звездолет со все возрастающей скоростью вперед — к звездам.

«Выстрел к звёздам»

Основой проекта Breakthrough Starshot стала статья профессора физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Филипа Любина «План для межзвездных полетов» (A Roadmap to Interstellar Flight). Основная заявленная цель проекта состоит в том, чтобы сделать межзвездные полеты возможными уже при жизни следующего поколения людей, то есть не через столетия, а через десятилетия.

Сразу после официального анонса программы Starshot на авторов проекта обрушилась волна критики со стороны ученых и технических специалистов в различных областях. Критически настроенные эксперты отмечали многочисленные некорректные оценки и просто «белые пятна» в плане программы. Некоторые замечания были приняты во внимание, и план полета был несколько скорректирован в первой итерации.

Итак, межзвездный зонд будет представлять собой космический парусник с электронным модулем StarChip массой 1 г, соединенным сверхпрочными стропами с солнечным парусом площадью 16 м², толщиной 100 нм и массой 1 г. Конечно, света нашего Солнца недостаточно, чтобы разогнать даже столь легкую конструкцию до скоростей, при которых межзвездные путешествия не будут длиться тысячелетиями. Поэтому главная изюминка проекта StarShot — это разгон с помощью мощного лазерного излучения, которое фокусируется на парусе. По оценкам Любина, при мощности лазерного луча 50–100 ГВт ускорение составит около 30 000 g, и за несколько минут зонд достигнет скорости в 20% световой. Полет к альфе Центавра продлится около 20 лет.

Под звёздными парусами

Одна из ключевых деталей проекта — это солнечный парус. В исходном варианте площадь паруса изначально составляла всего 1 м², и из-за этого он мог не выдержать нагрева при разгоне в поле лазерного излучения. Новый вариант использует парус площадью 16 м², так что тепловой режим будет хотя и довольно жестким, но, по предварительным оценкам, не должен расплавить или разрушить парус. Как пишет сам Филип Любин, в качестве основы для паруса планируется использовать не металлизированные покрытия, а полностью диэлектрические многослойные зеркала: «Такие материалы характеризуются умеренным коэффициентом отражения и чрезвычайно низким поглощением. Скажем, оптические стекла для волоконной оптики рассчитаны на большие световые потоки и имеют поглощение порядка двадцати триллионных на 1 мкм толщины». Добиться хорошего коэффициента отражения от диэлектрика при толщине паруса в 100 нм, а это много меньше длины волны, непросто. Но авторы проекта возлагают некоторые надежды на использование новых подходов, таких как монослои метаматериала с отрицательным показателем преломления.

«Кроме того, нужно учитывать, что отражение от диэлектрических зеркал настраивается на узкий диапазон длин волн, а по мере ускорения зонда эффект Доплера сдвигает длину волны более чем на 20%, — говорит Любин. — Мы это учитывали, поэтому отражатель будет настроен примерно на двадцатипроцентную ширину полосы излучения. Мы спроектировали такие отражатели. Если необходимо, доступны и отражатели с большей шириной полосы».

Лазерная установка

Основная силовая установка звездолета не полетит к звездам — она будет расположена на Земле. Это наземная фазируемая решетка лазерных излучателей размером 1×1 км. Суммарная мощность лазеров должна составлять от 50 до 100 ГВт (это эквивалентно мощности 10–20 Красноярских ГЭС). Предполагается с помощью фазирования (то есть изменения фаз на каждом отдельном излучателе) сфокусировать излучение с длиной волны 1,06 мкм со всей решетки в пятно диаметром несколько метров на расстояниях вплоть до многих миллионов километров (предельная точность фокусировки 10⁻⁹ радиана). Но такой фокусировке сильно мешает турбулентная атмосфера, размывающая луч в пятно размером примерно в угловую секунду (10⁻⁵ радиана). Улучшения на четыре порядка предполагается достичь с помощью адаптивной оптики (АО), которая будет компенсировать атмосферные искажения. Лучшие системы адаптивной оптики в современных телескопах уменьшают размытие до 30 угловых миллисекунд, то есть до намеченной цели остается еще примерно два с половиной порядка. «Чтобы победить мелкомасштабную атмосферную турбулентность, фазируемая решетка должна быть разбита на очень мелкие элементы, размер излучающего элемента для нашей длины волны должен составлять не более 20–25 см, — объясняет Филип Любин.  — Это минимум 20 млн излучателей, но такое количество меня не пугает. Для обратной связи в системе АО мы планируем использовать много опорных источников — бакенов — и на зонде, и на материнском корабле, и в атмосфере. Кроме того, мы будем отслеживать зонд на пути к цели. Мы также хотим использовать звезды как бакен для настройки фазирования решетки при приеме сигнала от зонда по прибытии, но для надежности будем отслеживать зонд».

Прибытие

Но вот зонд прибыл в систему альфы Центавра, сфотографировал окрестности системы и планеты (если они есть). Эту информацию нужно каким-то образом передать на Землю, причем мощность лазерного передатчика зонда ограничена единицами ватт. А через пять лет этот слабый сигнал нужно принять на Земле, выделив из фонового излучения звезды. По замыслу авторов проекта, у цели зонд маневрирует таким образом, что парус превращается в линзу Френеля, фокусирующую сигнал зонда в направлении Земли. Согласно оценкам, идеальная линза при идеальной фокусировке и идеальной ориентации усиливает сигнал мощностью 1 Вт до 10¹³ Вт в изотропном эквиваленте. Но как рассмотреть этот сигнал на фоне гораздо более мощного (на 13–14 порядков!) излучения звезды? «Свет от звезды на самом деле довольно слаб, поскольку ширина линии нашего лазера очень мала. Узкая линия — ключевой фактор в сокращении фона, — говорит Любин. — Идея сделать из паруса линзу Френеля на основе тонкопленочного дифракционного элемента достаточно сложна и требует большой предварительной работы, чтобы понять, как именно лучше сделать это. Этот пункт на самом деле — один из главных в нашем плане проекта».

С другой стороны, фазированная решетка оптических излучателей / приемников излучения общей апертурой в километр — это инструмент, способный видеть экзопланеты с расстояния десятков парсек. Используя приемники с перестраиваемой длиной волны, можно определить состав атмосферы экзопланет. Нужны ли вообще в таком случае зонды? «Конечно, использование фазируемой решетки как очень большого телескопа открывает новые возможности в астрономии. Но, — добавляет Любин, — мы планируем добавить к зонду инфракрасный спектрометр в качестве более долговременной программы в дополнение к камере и другим датчикам. У нас отличная группа фотоники в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, которая является частью коллаборации».

Но в любом случае, по словам Любина, первые полеты будут совершаться в пределах Солнечной системы: «Поскольку мы можем посылать огромное количество зондов, это дает нам много разных возможностей. Мы также можем посылать подобные маленькие (wafer-scale, то есть на чипе) зонды на обычных ракетах и использовать те же технологии для изучения Земли или планет и их спутников в Солнечной системе».

Редакция благодарит газету «Троицкий вариант — наука» и ее главного редактора Бориса Штерна за помощь в подготовке статьи.

долетит ли зонд c Земли до системы Альфа Центавра со скоростью в 20% световой? / Хабр

В научной фантастике космические корабли давно уже передвигаются по всей Вселенной при помощи «червоточин», гипердвигателей и прочих систем, явлений и устройств. Червоточины или гипердвигатели, по мнению некоторых ученых, вовсе не являются сказкой, и создать их теоретически возможно. Правда, не сейчас и не в ближайшем будущем — у нас просто нет необходимых знаний и технологий.

Ну а что насчет полететь к другой звезде со скоростью в 15-20% световой? Это вполне реально. Так считают ученые, популяризаторы науки, так считают и авторы проекта Breakthrough Initiatives, работающие над проектом Breakthrough Starshot. Задача проекта — создание космических кораблей со световым парусом, которые способны долететь до системы Альфа Центавра за 20-30 лет. Для того, чтобы добраться до этой системы за такое время, космический корабль и должен двигаться со скоростью от 15% до 20% от скорости света.

Что по плану?

Основная идея проекта была озвучена 12 апреля этого года на пресс-конференции в Нью-Йорке. Основатели Breakthrough Starshot — Юрий Мильнер и Стивен Хокинг. В инициативный совет проекта входит и Марк Цукерберг, глава Facebook. По мнению Мильнера, стоимость проекта не так велика — 5-10 млрд долларов США. Первый корабль, как он считает, может отправиться к звезде уже через 20 лет.

В рамках Breakthrough Starshot планируется запуск базового корабля, который выведет на орбиту множество небольших космических аппаратов. С земли на солнечные паруса этих аппаратов будут воздействовать лазерным лучом. Лазеры достаточно мощные, на солнечные паруса размером 4*4 м планируется направить несколько лазерных лучей с энергией в 1 тераджоуль (по некоторым данным — 100 гигаджоулей).

При помощи лазера миниатюрные космические аппараты нацелят на систему Альфа Центавра, лазер же будет разгонять зонды до необходимой скорости. Когда (и если) земные устройства туда долетят, они смогут получить снимки всей системы. Всего к Альфе Центавра отправят около 1000 миниатюрных звездолетов. Данные на землю аппараты будут передавать при помощи миниатюрной лазерной системы — антенной будет служить солнечный парус. Каждый зонд будет состоять из камеры, солнечного паруса, лазерной системы передачи данных, плутониевого источника энергии.

А теперь — о проблемах

Сам проект выглядит достаточно реалистично — запустить мини-звездолеты, вероятно, можно. И достичь скорости в 15-20% от световой, наверное, тоже можно. Но здесь возникает одна проблема. Дело в том, что при столь высокой скорости для зонда будет представлять проблему не только метеорит или пыль, опасными становятся столкновения даже с отдельными атомами. Сейчас ученые пытаются понять, насколько опасными будут такие столкновения и как часто они будут происходить (в том, что будут, сомнений нет). Собственно, потому и планируется отправить 1000 аппаратов — по мнению авторов проекта, определенная часть зондов останется целой.

Основная проблема в том, что межзвездное пространство не пустое. Здесь есть пыль, и ее довольно много, есть отдельные атомы, которых еще больше. Все эти объекты представляют реальную опасность для зондов.

Атомы. Само по себе столкновение с атомом не столь опасно, а вот высвобождающаяся при столкновении энергия уже представляет собой значительную проблему. При высвобождении энергии корпус или отдельные элементы зонда будут нагреваться. Температура будет настолько высокой, что в месте столкновения материал зонда будет просто испаряться. Или же просто плавиться, что вызовет изменения в свойствах материала.

Используя известные данные о концентрации межзвездного газа, авторы выполнили некоторые подсчеты для получения более-менее реальной информации о последствиях таких столкновений. Как оказалось, наиболее распространенные во Вселенной водород и гелий не представляют значительной проблемы. Хуже всего придется зондам при столкновениях с более тяжелыми атомами таких элементов, как кислород, магний, железо.

По мнению специалистов, тяжелые атомы смогут испарять или плавить материал корпуса зонда в пределах 0,1 мм. Не так много, но если атомы будут встречаться часто, то зонд окажется в большой опасности.

Пыль. Это проблема несколько иного характера. Пыль сформирована из атомов и молекул элементов более тяжелых, чем водород или гелий. Пыль, даже самая мелкая, гораздо крупнее отдельного атома. И последствия столкновения с частицами пыли для зонда будут более тяжелыми, чем столкновение с атомами. Относительно крупная частица пыли — одна-единственная частица — может вывести весь аппарат из строя. Размер такой частицы оценивается в 15 микрометров. К счастью, в межзвездном пространстве пыль такого размера скорее редкость, так что, вероятно, не все зонды встретятся на пути с этой опасностью. Фактически, вероятность зонда встретиться с 15 мкм частицей или частицей большего размера исчезающе мала.

Частицы пыли меньшего размера будут причинять разрушения корпуса аппарата в гораздо больших масштабах, чем атомы. Каждая частичка будет испарять материал в пределах 1,5 мм поверхности аппарата. А вот плавиться материал будет на глубину вплоть до 1 см. Если учесть миниатюрность зондов, это очень существенно.

Как можно избежать опасности разрушения зонда?

Есть несколько способов избежать разрушения зондов по пути к цели. Один из них — разместить солнечный парус за специальным щитом. Корпус зонда будет сформирован в виде пули для того, чтобы свести к минимуму вероятность столкновения аппарата с опасными частицами пыли или атомами.

Для поглощения тепла корпус зонда предлагается покрыть слоем графита. Этот материал будет рассеивать тепло, обеспечивая минимальное воздействие столкновений с частицами и атомами на зонд.

И еще одна проблема, не столь явная. При испарении вещества в момент столкновения будет изменяться направление движения аппарата и его скорость. 1-2 встречи с частицами пыли не сильно что-то поменяют, но, если такие встречи будут случаться постоянно, аппарат может сильно отклониться от начальной траектории, скорость также значительно изменится. Зонд в этом случае либо вообще не долетит до цели, либо долетит, но время путешествия увеличится. Что делать с этой проблемой специалисты пока не придумали. По оценкам специалистов проекта, каждый фронтальный квадратный сантиметр столкнется на высокой скорости с примерно тысячью частиц размером 0,1 мкм и выше.

Кроме всего перечисленного выше, есть еще и чисто технические сложности. Дело в том, что зонд должен быть очень миниатюрным для того, чтобы соответствовать лимиту массы. Все элементы зонда должны выдерживать экстремальные условия открытого космоса и ускорение. Да и фокусировка мощнейших лазеров на солнечных парусах зондов — это задача, с которой прямо сейчас люди не смогут справиться в силу ряда технических проблем. По мнению издания The Economist, реализация проекта станет возможной только после улучшения ряда современных технологий на несколько порядков.

Как бы там ни было, сам проект гораздо реальнее всех прочих, где требуются либо атомные двигатели, либо антиматерия, либо варп-привод и прочие технологии, которые пока что относятся к разряду проектов очень-очень отдаленного будущего.

Breakthrough Initiatives

Исследовательская и инженерная программа стоимостью 100 миллионов долларов будет искать доказательство концепции использования светового луча для разгона граммового «нанолетательного аппарата» до 20 процентов скорости света. Возможная пролетная миссия может достичь Альфы Центавра примерно через 20 лет после запуска.

Марк Цукерберг присоединяется к совету директоров.

Нью-Йорк – вторник, 12 апреля – интернет-инвестор и научный филантроп Юрий Мильнер сегодня присоединился к обсерватории One World Observatory известный космолог Стивен Хокинг , чтобы объявить о новой инициативе Breakthrough Initiative , посвященной исследованию космоса и поиску жизни во Вселенной.

Прорыв Starshot — это исследовательская и инженерная программа стоимостью 100 миллионов долларов , направленная на демонстрацию концепции легких нанокораблей . Они могут летать со скоростью , равной 20 процентам скорости света , и делать снимки возможных планет и другие научные данные в ближайшей к нам звездной системе 9.0007 Альфа Центавра , чуть больше 20 лет после их запуска.

Программу возглавит Пит Уорден, бывший директор Исследовательского центра NASA AMES, а консультантом будет комитет ученых и инженеров мирового уровня. В совет директоров войдут Стивен Хокинг, Юрий Мильнер и Марк Цукерберг.

Энн Друян, Фриман Дайсон, Мэй Джемисон, Ави Лоэб и Пит Уорден также участвовали в объявлении.

Сегодня, в 55-ю годовщину первого полета Юрия Гагарина в космос и почти через полвека после первого «выстрела на Луну», Прорыв Starshot начинает подготовку к следующему большому скачку : к звездам.

Звездная система Альфа Центавра находится на расстоянии 25 триллионов миль (4,37 световых года). Самому современному космическому кораблю потребовалось бы около 90 007 30 000 90 008 лет, чтобы добраться туда. Breakthrough Starshot стремится установить, может ли нанокорабль весом граммов на парусе, толкаемом световым лучом , летать в тысяч раз быстрее . Он привносит подход Силиконовой долины к космическим путешествиям, извлекая выгоду из экспоненциального прогресса в определенных областях технологий с начала 21 ^-го -го века.

1. Наноустройства

Наноустройства представляют собой роботизированные космические аппараты весом в грамм, состоящие из двух основных частей:

• StarChip: Закон Мура позволил резко уменьшить размер микроэлектронных компонентов. Это создает возможность создания пластины массой граммов, несущей камеры, фотонные двигатели, источники питания, навигационное и коммуникационное оборудование и представляющей собой полнофункциональный космический зонд.
• Lightsail: Достижения в области нанотехнологий позволяют производить все более тонкие и легкие метаматериалы, обещая сделать возможным изготовление парусов в масштабе метров не более толщиной в несколько сотен атомов и массой граммов .

2. Излучатель света

• Рост мощности и снижение стоимости лазеров в соответствии с законом Мура привели к значительному прогрессу в технологии излучения света. Тем временем фазированные решетки лазеров («излучатель света») потенциально могут быть масштабированы до уровня 100 гигаватт .

Прорыв Starshot стремится довести экономию за счет масштаба до астрономических масштабов. StarChip может производиться серийно по цене iPhone и отправляться на миссии в больших количествах для обеспечения избыточности и покрытия. Световой луч является модульным и масштабируемым. Ожидается, что после сборки и отработки технологии стоимость каждого запуска упадет до нескольких сотен тысяч долларов.

Путь к звездам

Ожидается, что этап исследований и разработки продлится несколько лет. После этого разработка конечной миссии к Альфе Центавра потребует бюджета, сравнимого с крупнейшими текущими научными экспериментами , и будет включать:

С помощью того же светового луча, который запустил нанолетательные аппараты в , получить данные от них более 4 лет спустя.

Эти и другие системные требования представляют собой серьезные инженерные задачи , и с ними можно ознакомиться более подробно на сайте www.breakthroughinitiatives.org. Однако ключевые элементы предлагаемой конструкции системы основаны либо на технологии уже доступны или могут быть достигнуты в ближайшем будущем при разумных предположениях.

Предлагаемая легкая двигательная установка по шкале значительно превосходит любой действующий в настоящее время аналог. Сама природа проекта требует глобального сотрудничества и поддержки.

Разрешение на запуск потребуется от всех соответствующих правительственных и международных организаций.

Дополнительные возможности

По мере развития технологии, необходимой для межзвездных путешествий, появится ряд дополнительных возможностей, включая следующие:

• Вклад в исследование Солнечной системы .
• Использование светового излучателя в качестве -километрового телескопа для астрономических наблюдений.
• Обнаружение пересекающих Землю астероидов на больших расстояниях.

Потенциальные планеты в системе Альфа Центавра

По оценкам астрономов, существует разумная вероятность существования похожей на Землю планеты в «обитаемых зонах» трехзвездной системы Альфы Центавра. Разрабатывается и совершенствуется ряд научных инструментов, наземных и космических, которые вскоре позволят идентифицировать и охарактеризовать планеты вокруг ближайших звезд.

Отдельная Инициатива Прорыва поддержит некоторые из этих проектов.

Открытая среда для совместной работы

9Инициатива 0013 Breakthrough Starshot :

• полностью основана на исследованиях, находящихся в открытом доступе .
• обязался опубликовать новые результаты .
• посвящен полной прозрачности и открытому доступу.
• открыт для экспертов во всех соответствующих областях, а также для общественности, чтобы делиться идеями через свой онлайн-форум.

Список научных ссылок и публикаций, а также онлайн-форум можно найти на сайте www.breakthroughinitiatives.org.

Поддержка исследований

В рамках инициативы Breakthrough Starshot будет создана программа исследовательских грантов, а также будут предоставлены другие средства для поддержки соответствующих научных и инженерных исследований и разработок.

«История человечества — это один из больших скачков», — сказал Юрий Мильнер, основатель Breakthrough Initiatives. «55 лет назад в этот день Юрий Гагарин стал первым человеком в космосе. Сегодня мы готовимся к следующему большому прыжку — к звездам».

«Земля — прекрасное место, но оно не может существовать вечно», — прокомментировал Стивен Хокинг, . «Рано или поздно мы должны смотреть на звезды. Breakthrough Starshot — очень захватывающий первый шаг на этом пути».

«Мы черпаем вдохновение из миссий Восток, Вояджер, Аполлон и других великих миссий», сказал Пит Уорден, «Пришло время открыть эру межзвездных полетов, но мы должны твердо стоять на земле, чтобы достичь это.»

Breakthrough Starshot Board

Стивен Хокинг, профессор, Деннис Стэнтон Эйвери и Салли Цуй Вонг-Эйвери, директор по исследованиям Кембриджского университета

Юрий Мильнер, основатель DST Global

Марк Цукерберг, основатель и генеральный директор, Facebook

Прорыв Starshot Управление и консультативный комитет

• Пит Уорден , исполнительный директор Breakthrough Starshot; бывший директор NASA Ames Research Center

  До прихода в Фонд премии «Прорыв» д-р Уорден был директором Исследовательского центра Эймса НАСА. Он был профессором астрономии в Аризонском университете. Он является признанным экспертом по вопросам космоса и науки и был лидером в налаживании партнерских отношений между правительствами и частным сектором на международном уровне. Доктор Уорден является автором или соавтором более 150 научных работ по астрофизике и космическим наукам. Он был научным соисследователем в трех космических научных миссиях НАСА — последний из которых был запущен в 2013 году для изучения Солнца с помощью спектрографа для визуализации области интерфейса. Он получил медаль НАСА за выдающееся лидерство за 1994 Клементина Миссия на Луну. Д-р Уорден был назван Федеральным лабораторным консорциумом 2009 года «Директором года» и лауреатом премии Артура Кларка в области новаторства 2010 года.

• Ави Леб , председатель Консультативного комитета Breakthrough Starshot; Гарвардский университет

  Ави Леб — физик-теоретик, написавший более 500 научных статей и 3 книги по астрофизике и космологии, в основном по первым звездам и черным дырам. Журнал TIME назвал его одним из 25 самых влиятельных людей в космосе. Леб является профессором науки Фрэнка Б. Бэрда-младшего в Гарвардском университете, где он является заведующим кафедрой астрономии Гарварда, директором Института теории и вычислений и директором Инициативы черной дыры. Он является избранным членом Американской академии искусств и наук, Американского физического общества и Международной академии астронавтики, а также членом Совета по физике и астрономии национальных академий.

• Джим Бенфорд , Microwave Sciences

  Джим Бенфорд — президент компании Microwave Sciences. Он разрабатывает высокомощные микроволновые системы от концептуальных проектов до аппаратного обеспечения. Его интересы включают физику микроволновых источников, электромагнитное излучение для космических двигателей, экспериментальные интенсивные пучки частиц и физику плазмы.

• Брюс Дрейн , Принстонский университет

  Исследования доктора Дрейна включают изучение межзвездной среды, особенно межзвездной пыли, областей фотодиссоциации, ударных волн и физической оптики наноструктур. В 2004 году он получил премию Дэнни Хайнемана в области астрофизики. Он является членом Национальной академии наук.

• Энн Друян , Студия Космос

  Энн Друян — американский писатель и продюсер, специализирующийся на научной коммуникации. Она была креативным директором NASA Voyager Interstellar Message и соавтором 1980 документальных сериалов канала PBS «Космос», ведущим которых стал Карл Саган (1934–1996), за которого она вышла замуж в 1981 году. награды.

• Фриман Дайсон , Принстонский институт перспективных исследований

  Фримен Дайсон — американский физик-теоретик и математик, известный своими работами в области квантовой электродинамики, физики твердого тела, астрономии и ядерной техники. Он почетный профессор Института перспективных исследований, посетитель Колледжа Ральстон и член Совета спонсоров Бюллетеня ученых-атомщиков.

• Роберт Фьюгейт , Arctelum, LLC, New Mexico Tech

  Доктор Фугейт проводит исследовательскую программу по физике атмосферного распространения, атмосферной компенсации с использованием адаптивной оптики лазерной направляющей звезды. Исследовательская программа доктора Фугейта также включает в себя разработку сенсоров, контрольно-измерительных приборов и средств управления наземными телескопами с большой апертурой.

• Лу Фридман , Планетарное общество, Лаборатория реактивного движения

  Лу Фридман — американский инженер-космонавт, представитель космонавтики и известный писатель. Вместе с Карлом Саганом и Брюсом Мюрреем он был соучредителем Планетарного общества, а сейчас является почетным исполнительным директором. Он руководил передовыми проектами в JPL, включая разработку солнечных парусов, полеты к Венере, Юпитеру, Сатурну, кометам и астероидам, а также руководил марсианской программой после миссии «Викинг». В настоящее время он консультирует НАСА по миссии по перенаправлению астероидов. Он был одним из руководителей исследований этой миссии и исследования межзвездной среды в Институте космических исследований Кека.

• Джанкарло Джента , Туринский политехнический университет

  Области профессионального интереса Джанкарло Дженты включают вибрацию, конструкцию транспортных средств, магнитные подшипники и динамику ротора. Он является автором или соавтором более 50 статей в профессиональных изданиях и 21 книги. Он много публиковался в области исследований SETI.

• Оливье Гийон , Университет Аризоны

  Доктор Гайон разрабатывает космические и наземные астрономические приборы, помогающие искать экзопланеты за пределами Солнечной системы. Он является экспертом в области высококонтрастных методов визуализации (коронаграфия, экстремальная адаптивная оптика) для прямого изображения и изучения экзопланет.

• Мэй Джемисон , 100-летний звездолет

  Доктор Мэй К. Джемисон возглавляет 100 Year Starship, многогранную глобальную инициативу по реализации всех возможностей, необходимых для межзвездных путешествий человека за пределы нашей Солнечной системы к другой звезде в течение следующих 100 лет. Джемисон шесть лет была астронавтом НАСА и первой в мире цветной женщиной в космосе. Она стремится применять достижения космических исследований для улучшения жизни на Земле и опирается на свой опыт врача, инженера, изобретателя, профессора экологических исследований, борца за научную грамотность, специалиста по развитию в Африке и основателя двух технологических стартапов.

• Пит Клапар , технический директор, Breakthrough Starshot; бывший технический директор Исследовательского центра Эймса НАСА

  Пит Клапар заинтересован в низкозатратных высокотехнологичных проектах с упором на космические системы. Он разработал и запустил более 50 космических аппаратов. Он работал в промышленности, помогая вырастить космический стартап с 4 сотрудников до более чем 500. Он также работал в крупных организациях, таких как Boeing и Space Systems Loral. Он принимал участие в государственных космических и авиационных программах, в последнее время работал в НАСА Эймс в качестве технического директора. Он сыграл важную роль в снижении стоимости высокотехнологичных миссий, разработав несколько проектов «Быстрее, лучше, дешевле» и «Космические операции».

• Джефф Лэндис , SA Glenn Research Center

  Джефф Лэндис — американский ученый, работающий над исследованием планет, межзвездным движением и передовыми технологиями для космических миссий. Лэндис имеет девять патентов, в основном в области усовершенствования солнечных элементов и фотогальванических устройств, а также делал презентации и комментировал возможности межзвездных путешествий и строительства баз на Луне, Марсе и Венере. Он является сотрудником Института передовых концепций НАСА.

• Кельвин Лонг , Журнал Британского межпланетного общества

  Кельвин Лонг — физик, писатель и исполнительный директор Инициативы межзвездных исследований. Он проработал в аэрокосмическом секторе около пятнадцати лет и специализируется на межзвездных полетах, уделяя особое внимание передовым концепциям двигателей.

• Филип Любин , Калифорнийский университет, Санта-Барбара

  Филип Любин — профессор физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, с исследовательскими интересами в области экспериментальной космологии, космического фонового излучения (спектр, анизотропия и поляризация), спутниковых, воздушных и наземных исследований ранней Вселенной, фундаментальных пределов обнаружения, системы направленной энергии, а также инфракрасная и дальняя инфракрасная астрофизика.

• Зак Манчестер , Гарвардский университет

  Зак Манчестер — исследователь и аэрокосмический инженер, который интересуется динамикой и управлением, а также стремится сделать космические полеты более доступными. Он особенно заинтересован в использовании достижений в области встроенной электроники и вычислений для создания космических кораблей, которые будут меньше, умнее и маневреннее. Он основал проект KickSat в 2011 году, а также работал над беспилотными летательными аппаратами и несколькими миссиями малых космических аппаратов.

• Грег Матлофф , Технологический колледж Нью-Йорка

  Грег Мэтлофф — заслуженный профессор Технологического колледжа Нью-Йорка. Он является экспертом в области дальнего космоса. Мэтлофф — член Британского межпланетного общества, сотрудник Хайдена в Американском музее естественной истории и член-корреспондент Международной академии астронавтики. Его новаторские исследования в области технологии солнечного паруса были использованы НАСА в планах внесолнечных зондов, а также при рассмотрении технологий отклонения угрожающих Земле астероидов. Он работал приглашенным профессором в Сиенском университете, Италия.

• Клэр Макс , Калифорнийский университет, Санта-Крус

  Профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Круз и директор обсерваторий Калифорнийского университета. Макс наиболее известна своим вкладом в адаптивную оптику лазерных направляющих звезд как метод уменьшения оптических искажений изображений, полученных в турбулентной атмосфере. Эта работа началась в группе JASON, к которой она присоединилась в 1983 году как первая женщина-участница. Вместе со своими коллегами из JASON она разработала идею использования искусственной лазерной направляющей звезды, настроенной на желтый свет, излучаемый атомами натрия, для исправления астрономических изображений. Помимо продолжения разработки этой технологии в Центре адаптивной оптики, теперь она использует адаптивную оптику на крупнейших в мире оптических телескопах для изучения судьбы сверхмассивных черных дыр в ядрах сталкивающихся богатых газом галактик. Она является членом Национальной академии наук и Американской академии искусств и наук, а также лауреатом премии Вебера Американского астрономического общества в области приборостроения, медали Джеймса Мэдисона Принстонского университета и премии Э. О. Лоуренса Министерства энергетики.

• Кая Нобуюки , Университет Кобе

  Кая Нобуюки — заместитель декана Высшей инженерной школы Университета Кобе в Японии. Нобоюки провел многочисленные космические и наземные демонстрации. Он и международная команда из Японии и Европейского космического агентства успешно протестировали управление микроволновым лучом для SPS с использованием зондирующей ракеты ISAS и трех дочерних спутников, развертывающих большую паутину: это было известно как эксперимент «Фурошики». Он также сыграл центральную роль в демонстрации ключевой беспроводной передачи на солнечной энергии в рамках орбитальной электростанции.

• Кевин Паркин , Parkin Research

  Доктор Кевин Паркин — британский ученый, наиболее известный изобретением микроволновой тепловой ракеты. В 2005 году награжден медалью Королева Российской Федерации космонавтики и космонавтики. В 2007 году доктор Паркин основал Центр проектирования миссий в НАСА Эймс и разработал его программную архитектуру, ранее создав программное обеспечение ICEMaker, используемое для проектирования космических кораблей Team-X в Лаборатории реактивного движения НАСА и нескольких других организациях. С 2012 по 2014 год он был главным исследователем и главным инженером проекта по созданию и запуску первой тепловой ракеты с двигателем миллиметрового диапазона.

• Мейсон Пек , Корнельский университет

  Научные исследования Пека сосредоточены на разработке технологий для недорогих космических миссий, особенно в области двигателей, навигации и управления. Он бывший главный технолог НАСА. Более 20 лет он тесно сотрудничал с аэрокосмической промышленностью США, занимая инженерные должности в компаниях Boeing и Honeywell и работая консультантом по космическим технологиям. Пек опубликовал статьи о микрокосмических кораблях, двигателях нового поколения, маломощной космической робототехнике и динамике космических полетов. Он является соавтором трех книг по исследованию планет и механизмам космических кораблей.

• Сол Перлмуттер , лауреат Нобелевской премии, лауреат премии «Прорыв», Калифорнийский университет в Беркли и Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли

  Сол Перлмуттер — американский астрофизик из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и профессор физики Калифорнийского университета в Беркли. Он является членом Американской академии искусств и наук, членом Американской ассоциации содействия развитию науки и членом Национальной академии наук. Перлмуттер разделил премию Шоу по астрономии 2006 года, Нобелевскую премию по физике 2011 года и премию за прорыв в фундаментальной физике 2015 года с Брайаном П. Шмидтом и Адамом Риссом за предоставление доказательств того, что расширение Вселенной ускоряется.

• Мартин Рис , Королевский астроном

  Лорд Мартин Рис — британский космолог и астрофизик. Он был Королевским астрономом с 1995 года и был магистром Тринити-колледжа в Кембридже с 2004 по 2012 год и президентом Королевского общества с 2005 по 2010 год. Помимо расширения своих научных интересов, Рис много писал и говорил о проблемах и проблемах XXI век, а также границы между наукой, этикой и политикой. Он является членом Совета Института перспективных исследований в Принстоне, IPPR, Оксфордской школы Мартина и Кембриджского фонда Гейтса. Он стал соучредителем Центра изучения экзистенциального риска и входит в состав Научно-консультативного совета Института будущего жизни. Лорд Рис работал над гамма-всплесками и тем, как закончились «космические темные века», когда сформировались первые звезды. Лорд Рис является автором книг по астрономии и науке, предназначенных для широкой публики, и дает много публичных лекций и передач.

• Роальд Сагдеев , Мэрилендский университет

  Роальд Сагдеев — заслуженный почетный профессор Университета Мэриленда. Он получил докторскую степень. в 1966 году из МГУ. Ранее он в течение 15 лет занимал должность директора Института космических исследований, расположенного в Москве центра российской космической программы, где в настоящее время имеет звание почетного директора. До работы в советской программе исследования космоса он сделал выдающуюся карьеру в ядерной науке, получив международное признание за свою работу о поведении горячей плазмы и управляемом термоядерном синтезе. Он является членом Национальной академии наук, Шведской королевской академии, Общества Макса Планка и Международной академии аэронавтики.

• Эд Тернер , Принстонский университет, NAOJ

  Эд Тернер — профессор астрофизики Принстонского университета. Тернер много работал как в теоретической, так и в наблюдательной астрофизике и опубликовал более 200 исследовательских работ по таким темам, как двойные галактики, группы галактик, крупномасштабная структура, темная материя, популяции квазаров, гравитационное линзирование, космический рентгеновский фон, космологическая постоянная, экзопланеты и астробиология – часто во всех этих областях, с упором на статистический анализ. Его недавняя преподавательская деятельность в Принстоне включает курсы по космологии, астробиологии и освещение науки в СМИ. С 19 лет он является членом Университетского комитета по статистическим исследованиям.92.

Дополнительная информация www.breakthroughinitiatives.org.

Изображения, видео и материалы с сегодняшней пресс-конференции доступны для загрузки СМИ по ссылке ниже. Контент будет загружаться в течение дня.

Ссылка: www.image.net/breakthroughstarshot

Для запросов СМИ: [email protected]

или

Rubenstein Communications, Inc.
Нью-Йорк, NY
Джанет Вуттен
[email protected] / +1.212.843.8024

Нужен прорыв? Проект Starshot Interstellar-Flight сталкивается с проблемами

Художественная иллюстрация мини-зонда Breakthrough Starshot, прибывающего к потенциально похожей на Землю планете Проксима b.
(Изображение предоставлено: Лаборатория планетарной обитаемости, Университет Пуэрто-Рико в Аресибо)

До сих пор неясно, сработает ли смелый проект межзвездного полета, о котором было объявлено три года назад.

Прорыв Звездный выстрел , проект стоимостью 100 миллионов долларов, который был представлен в апреле 2016 года, направлен на ускорение крошечных роботизированных зондов с парусами до огромных скоростей с использованием массива наземных лазеров.

Цель состоит в том, чтобы использовать флотилию этих «нанокораблей» для исследования близлежащих экзопланет, таких как Proxima b , потенциально поддерживающий жизнь мир, который находится всего в 4,2 световых годах от Земли. Зонду с традиционным двигателем потребуются десятки тысяч лет, чтобы добраться до Проксимы b, но при скорости 20% скорости света корабль Starshot может совершить путешествие чуть более чем за 20 лет.

Маленькие зонды с камерами могли бы выполнять большую работу и ближе к дому. Например, они могут пролететь мимо Плутона всего через 3,5 дня после получения удара лазером, сказал Ави Леб, председатель консультативного совета Breakthrough Starshot (а также факультета астрономии Гарвардского университета).

Космический аппарат NASA New Horizons передал первые в истории снимки Плутона с близкого расстояния в июле 2015 года, спустя 9,5 лет после запуска к далекой карликовой планете.

Связанный: Прорыв Starshot в картинках: Лазерный нанокорабль для изучения инопланетных планет

За последние несколько лет команда Breakthrough Starshot выявила около 25 потенциально значительных технологических препятствий, сказал Леб. И работа по оценке продолжается.

«В настоящее время мы находимся в процессе исследований и разработок, пытаясь выяснить, можно ли решить эти проблемы», — сказал Леб во время выступления на саммите The Humans to Mars Summit в Вашингтоне, округ Колумбия, в начале этого месяца.

Он изложил некоторые из наиболее примечательных испытаний . Например, будет сложно сделать парус из 90 464, достаточно легкий и достаточно прочный, чтобы выполнять эту работу, и который имеет правильную форму, чтобы стабильно «ехать» по лазерному лучу в течение нескольких необходимых минут. Создание достаточно когерентного луча из 100-гигаваттной лазерной сети, состоящей из множества отдельных компонентов, также может оказаться трудным — и, таким образом, может убедить мир в том, что такой мощный инструмент безопасен и никогда не будет использован в гнусных целях.

«Главная проблема может быть связана с политикой, поскольку очевидно, что та же самая лазерная система может иметь другие возможности», — сказал Леб.

Зонды Starshot будут очень маленькими, весом всего 1 грамм (0,035 унции) или около того, с корпусом размером с почтовую марку. (Парус будет иметь длину в несколько метров.) Эта миниатюризация позволяет кораблю быть сверхбыстрым — увеличьте массу, и вам понадобится более мощная лазерная установка, чтобы разогнать их до скорости, — но этот небольшой размер также делает его трудно втиснуть необходимое электронное оборудование на борт.

Действительно, Леб выделил связанный с этим вопрос, связь, как тот, который беспокоит его больше всего.

«Передача [от зондов] не может быть очень мощной, потому что на космическом корабле ограничено количество энергии», — сказал он. «Итак, сигнал, который прибудет на Землю, будет очень слабым. И мы все еще в процессе выяснения, как с этим справиться. Вам понадобится большой детектор, но мы еще не придумали решение, так как еще».

(Если вас интересует столкновение с крошечными пылинками в межзвездном пространстве — такие события не должны иметь большого значения для зондов Starshot, даже при 20% скорости света. «Оказывается, что при относительно тонкое покрытие, можно защитить космический корабль от них, — сказал Леб. — Так что это не значительный риск».)

Это не обвинение проекта Breakthrough Starshot в том, что у него, конечно, еще нет ответов на все вопросы; никто не говорил, что межзвездный полет будет легким. И члены команды не торопятся отправлять зонды на Проксиму b или куда-либо еще; они работают над 30-летним планом, первое десятилетие которого посвящено проверке концепции.

Если все пойдет хорошо, сказал Леб, прототип системы будет построен во втором десятилетии, а настоящая система будет собрана воедино в третьем десятилетии.  

• Галерея: видения межзвездных звездных путешествий
• Строительные паруса для крошечных межзвездных зондов будут жесткими, но не невозможно,
• 10 Exoplanet для инопланетной жизни, « Out There » (Grand Central Publishing, 2018; проиллюстрировано Karl Tate ), уже вышла. Подпишитесь на него в Твиттере @michaeldwall . Следите за нами в Твиттере @Spacedotcom или Facebook .

  Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

  Майкл Уолл — старший космический писатель Space.com (открывается в новой вкладке) , присоединился к команде в 2010 году. В основном он освещает экзопланеты, космические полеты и военный космос, но, как известно, увлекается космическим искусством.