Межзвездные путешествия остаются одной из самых амбициозных задач для человечества. Несмотря на достижения в области космических технологий, современные ракеты не способны обеспечить необходимые скорости для достижения ближайших звезд за разумное время. Ученые ищут новые подходы, чтобы преодолеть эти ограничения. В недавнем исследовании предложен инновационный метод, который может изменить представление о межзвездных полетах. Вместо традиционных химических ракет, исследователи обратились к релятивистским электронным пучкам, которые могут обеспечить необходимую энергию для движения космических аппаратов на огромные расстояния.
Основная проблема межзвездных путешествий заключается в том, как эффективно генерировать и передавать энергию космическому кораблю. Физические ограничения современных технологий создают значительные трудности для достижения других звездных систем за время, которое можно было бы считать приемлемым для человека. Например, даже с использованием гравитационных маневров, таких как пролет мимо планет, традиционные химические ракеты не способны развивать необходимые скорости. Для достижения Альфа Центавра, ближайшей звезды, потребуется около 70 000 лет, что делает такие миссии практически невозможными.
В этом контексте ученые, включая Джеффа Грисона из Electric Sky, Inc., предложили использовать релятивистские электронные пучки, состоящие из электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Эта концепция основана на том, что передача энергии на космический корабль может обеспечить гораздо большую мощность, чем можно унести с собой. Грисон объясняет: «Энергия — это мощность, умноженная на время. Чтобы получить определенное количество энергии, нужно либо очень высокая мощность, либо длительное время воздействия».
Исследование, проведенное Грисоном и его коллегой Герритом Брухаугом, подчеркивает, что для достижения межзвездных скоростей необходимо эффективно управлять огромными объемами энергии. Они утверждают, что традиционные методы, такие как лазерные лучи и паруса, имеют свои ограничения. Лазерные паруса, например, сталкиваются с проблемами поддержания выравнивания луча на больших расстояниях. В то время как лазерные прямоточные двигатели требуют значительных энергозатрат и сталкиваются с трудностями из-за разреженной межзвездной среды.
Электронные пучки, по мнению исследователей, могут стать более эффективным решением. Хотя электроны отталкиваются друг от друга, что может приводить к рассеиванию пучка, Грисон и Брухауг предлагают методы, которые могут помочь сохранить его фокусировку. При релятивистских скоростях время движется медленнее, что означает, что у электронного пучка будет больше времени для сохранения своей структуры.
Еще одним важным аспектом является то, что пространство не пусто. В космосе существует тонкое распределение ионизированных газов или плазмы. Когда электронный пучок проходит через эту плазму, он отталкивает легкие электроны, оставляя более тяжелые ионы позади. Это создает магнитное поле, которое помогает сжимать пучок, предотвращая его рассеивание. Грисон называет этот эффект «релятивистским пинчем». Если все работает правильно, это может позволить удерживать пучок на огромных расстояниях.
Исследование также показывает, что электронный пучок, движущийся с релятивистскими скоростями, может генерировать достаточно энергии для разгона космического аппарата весом около 1000 кг до 10% скорости света. Это позволит достичь Альфа Центавра всего за 40 лет — значительно быстрее, чем это возможно на сегодняшний день. Грисон отмечает, что примеры таких пучков уже существуют в природе, например, струи частиц, испускаемые черными дырами. Однако возникает вопрос: можем ли мы создать такие условия искусственно?
Команда предложила разместить «космический аппарат, генерирующий луч» близко к Солнцу, где солнечный свет может обеспечить необходимую мощность. Хотя создание такого устройства потребует значительных инженерных усилий, это может быть проще, чем многие другие альтернативы. Однако выработка энергии — это лишь половина задачи. Необходимо также преобразовать эту энергию в реактивную массу, чтобы обеспечить движение космического корабля. Грисон подчеркивает, что это преобразование должно происходить с минимальным выделением тепла, чтобы предотвратить повреждение корабля.
Ученые понимают, что многие из их идей остаются гипотетическими и требуют дальнейшего изучения. Компьютерное моделирование должно помочь лучше понять поведение электронного пучка и его взаимодействие с окружающей средой. Практические эксперименты, такие как передача луча от спутника на Луну, могут подтвердить теоретические предсказания.
Хотя получение финансирования для таких исследований может быть сложным, ученые считают, что использование электронных пучков может быть более доступным по сравнению с другими методами, такими как лазерные паруса. Электронные лучи могут обеспечивать большую дальность и меньшие энергетические затраты, что делает их более привлекательными для межзвездных миссий.
Возможность передачи энергии на большие расстояния открывает новые перспективы для космических исследований, от ускорения перемещений в пределах Солнечной системы до передачи энергии от Солнца на другие объекты, такие как Луна. Хотя эти идеи пока находятся на стадии концепции, они могут однажды привести к значительным изменениям в нашем понимании космоса и возможностей, которые он предлагает.
