Концепция лазерного паруса как средства межзвездной тяги остается в центре внимания ученых. Идея заключается в использовании мощного наземного лазерного излучения для разгона сверхлегких космических аппаратов до околорелятивистских скоростей. Отсутствие необходимости в собственном топливе и громоздких двигательных установках делает этот подход крайне перспективным, если удастся преодолеть сопутствующие инженерные барьеры.
Некоторые шаги в этом направлении уже предприняты: аппараты IKAROS (JAXA) и Lightsail-2 (Планетарное общество) успешно продемонстрировали работу солнечных парусов, хотя в качестве источника энергии они использовали давление солнечных фотонов, а не сфокусированное лазерное излучение.
Ранее инициированная, но впоследствии замороженная программа Breakthrough Starshot предполагала отправку флота из тысячи миниатюрных аппаратов к Альфе Центавра. План состоял в использовании наземных лазеров для ускорения «нанозондов» (массой в граммы), оснащенных компактными камерами. Это позволило бы человечеству впервые изучить другую звезду и вращающиеся вокруг нее экзопланеты вблизи.
Несмотря на трудности с частным финансированием Starshot, научная идея продолжает жить. В новой статье под названием «Научные возможности при исследовании системы Проксима Центавра in situ», опубликованной на сервере препринтов arxiv.org, группа ученых под руководством Т. Маршалла Юбэнкса из Space Initiatives Inc. предлагает вдохнуть жизнь в эту миссию.
«Межзвездные перелеты на околорелятивистских скоростях в будущем станут реальностью благодаря направленной лазерной тяге», — утверждают авторы. — «Использование пикоаппаратов массой в считанные граммы позволяет достичь баланса между скоростью, временем миссии и необходимой массой конструкции».
Ключевая проблема классических миссий заключается в противопоставлении единственного, но сложного космического аппарата рою простейших устройств. Один примитивный зонд малоэффективен, однако коллективная работа множества таких аппаратов позволяет нивелировать недостатки отдельных участников.
Согласно новой концепции, рой аппаратов, получивших название Coracles, совершит скоростной пролет через систему Проксима Центавра. Имея на борту лишь компактную цифровую камеру, зонды в составе роя способны сформировать «интерферометрическое» изображение экзопланеты с гигапиксельным разрешением. Особый интерес исследователей прикован к Проксиме b, расположенной в обитаемой зоне ближайшего к нам красного карлика.
Вопрос об эффективности подобных миссий остается открытым. Технические ограничения сильно влияют на качество наблюдений и пропускную способность канала связи.
Сложным вопросом остается навигация. Без материнского корабля-координатора аппараты должны будут самостоятельно ориентироваться в пространстве, например, по пульсарам. Вероятно, не все зонды достигнут цели, поэтому авторы рассматривают несколько стратегий:
Первая — запуск последовательности одиночных аппаратов. Это упрощает логистику запусков, но лишает миссию преимуществ «роевого» взаимодействия и снижает объем собираемых научных данных.
Второй вариант — когерентный полет. Зонды синхронизируются друг с другом и с Землей, передавая данные в виде единого, скоординированного потока («стены света»). Это крайне сложная задача, требующая ювелирной точности синхронизации времени при крайне малых размерах аппаратов.
Третий подход — создание «разреженной фазированной антенной решетки», однако авторы скептически оценивают этот метод из-за чрезмерной сложности фазовой координации внутри роя.
Главное достоинство концепции роя — высокая отказоустойчивость. Успех миссии не зависит от целостности всей группы: даже если до цели доберется лишь малая часть аппаратов, этого будет достаточно для получения качественных результатов. Близкий пролет мимо планеты займет менее минуты, и лучшие снимки будут получены теми зондами, которые пройдут ближе всего к объекту.
Возникает проблема с передачей накопленного объема данных. Рой будет фиксировать терабайты информации, однако возможности передачи на Землю через межзвездное расстояние крайне ограничены. Авторы предлагают использовать алгоритмы ИИ непосредственно на борту зондов для автономного отбора наиболее ценных кадров (например, снимков экзолун или геологических особенностей), поскольку передача всего массива данных растянется на годы.
При грамотном подходе такая миссия могла бы радикально изменить наши представления о системе Проксима Центавра. Помимо детальных снимков, рой мог бы проводить спектроскопию атмосферы планеты для поиска биомаркеров или признаков техносигнатур, а также изучать вспышечную активность красного карлика, что критически важно для понимания обитаемости подобных миров.
В конечном счете, как подчеркивают исследователи, лазерные парусники — это, вероятно, единственная технология, доступная человечеству в текущем столетии для реального достижения другой звездной системы. И если на Проксиме b существует жизнь или технологическая цивилизация, такой рой станет первым инструментом, способным это подтвердить.
