Космически кораб, направен от мехурчета от въглеродна пяна, може да измине разстоянието от Земята до Алфа Кентавър за 185 години, задвижван единствено от силата на слънцето, установи ново проучване.

Конвенционалните ракети, задвижвани от химични реакции, в момента са водещата форма на космическа тяга. Те обаче въобще и не доближават нужните мощности, за да се достигне друга звезда в рамките на един човешки живот.

Например, Алфа Кентавър, най-близката звездна система до Земята, се намира на около 4.37 светлинни години - на повече от 41.2 трилиона километра, или около 276 000 пъти разстоянието от Земята до Слънцето. Космическият кораб "Вояджър 1" на НАСА, който излетя през 1977 г. и достигна междузвездното пространство през 2012 г., ще се нуждае от около 75 000 години, за да достигне Алфа Кентавър, ако сондата бе насочена в правилната посока (което не е така).

Проблемът на всички конвенционални двигатели на космическите кораби е, че използваното от тях гориво има маса. Дългите пътувания изискват много гориво, което прави космическите кораби тежки, което от своя страна изисква повече гориво, което ги прави по-тежки и т.н. Този проблем става експоненциално по-голям, колкото по-голям става космическият кораб.

Ппредишни изследвания предполагат, че "слънчевото платно" може да е един от технически осъществимите методи за изпращането на сонда до друга звезда в рамките на един човешки живот. Въпреки че светлината не оказва голям натиск върху дадена повърхност, учените са установили, че това може да има голям ефект. Всъщност многобройни експерименти показват, че слънчевите платна могат да разчитат на слънчевата светлина за задвижване, ако имат достатъчно голямо платно и космически кораб, който е достатъчно лек.

Инициативата Breakthrough Starshot на стойност 100 млн. долара, която беше обявена през 2016 г., има за цел да изстреля към Алфа Кентавър рояци космически кораби с размер на микрочип, всеки от които с изключително тънки платна с изключителна отразяваща способност. Планът предвижда тези сонди да летят със скорост до 20% от скоростта на светлината, достигайки Алфа Кентавър за около 20 години.

Основният недостатък на проекта е, че ще изисква най-мощната система от лазери, създавана някога, за да задвижват корабите. Понастоящем не само, че не съществува технологията за изграждане на системата, а и очакваните общи разходи на проекта могат да достигнат от 5 до 10 млрд. долара.

В новото проучване астрофизиците предлагат мехурчета от въглеродна пяна като значително по-евтин вариант. Такива сонди ще могат да извършват междузвездни пътувания по-бързо от всяка ракета, докато се захранват само от слънчева светлина, без да е необходима гигантска система от лазери, установиха изследователите.

За да намерят осъществим начин слънчевата светлина да задвижи слънчево платно до полезни междузвездни скорости, изследователите са анализирали предишни научни изследвания, търсейки здрави, леки материали. Те се спират на аерографита - пяна на въглеродна основа, 15 000 пъти по-лека от алуминия.

Учените са изчислили, че куха аерографитна сфера с диаметър около 1 м с черупка с дебелина 1 микрон (около 1% от ширината на човешки коса) ще тежи само 2.3 милиграма.

Ако такава сфера, носеща 1 грам полезен товар, бъде пусната на около една астрономическа единица (AU) от слънцето, слънчевата светлина ще е достатъчна да се достигне скорост до около 18 000 600 км/ч - три пъти повече от тази на "Вояджър 1". На подобна сфера ще й отнеме около 3.9 години, за да достигне орбитата на Плутон. (Една астрономическа единица AU е средното разстояние от Земята до Слънцето, което е около 150 млн. км.)

Ако такава сфера бъде пусната на около 0.04 AU от слънцето - разстоянието на което оперира сондата Parker Solar Probe на НАСА - по-интензивната слънчева светлина там би ускорила космическия кораб до почти 24.8 милиона км/ч. Корабът ще може да измине разстоянието от 4.2 светлинни години между Земята и Проксима Кентавър, най-близката звезда до нашата Слънчева система, за 185 години, изчисляват учените. Колкото по-голяма е сферата, толкова по-бързо ще може да се движи или толкова повече полезен товар ще може да носи. (Проксима Кентавър е една от трите звезди в системата Алфа Кентавър.)

Изследователите отбелязват, че няколкото грама електроника или друг полезен товар, който сондата би могла да пренесе, не звучи като нещо много голямо. Но добавят, че полезният товар за тези сонди ще бъде 10 пъти масата на космическия кораб, докато полезният товар на химическите междузвездни ракети обикновено се изчислява да бъде една хилядна от теглото на ракетата.

Изследователите предполагат, че тези космически кораби могат потенциално да носят 32-ватов лазер с тегло от 1 грам. Анализът на всякакви смущения от този лазерен лъч може да помогне да се откриват гравитационни ефекти, които от своя страна могат да помогнат да се разкрие присъствието на светове, които иначе са твърде тъмни и студени, за да се забележат. Подобни сонди биха били много полезни за изследването на външните части на Слънчевата система, каза Хелър.

Учените са изчислили, че разработването на прототип на техния кораб може да струва 1 млн. долара. Ако технологията бъде възприета, всеки кораб от въглеродна пяна ще струва около 1000 долара, а изстрелването на ракета за разполагане и тестване на тези сонди може да струва 10 млн. долара.

Най-голямото предизвикателство пред проекта е, че "никой никога не е изграждал аерографитна структура, по-голяма от няколко сантиметра, докато имаме нужда от нещо с размер няколко метра", каза Хелър. Екипът му е в контакт с експериментатори, които предполагат, че създаването на такива големи структури е възможно по принцип.

Друг проблем пред тази концепция (а и пред идеята за соларни платна) е, че в момента няма начин да се контролира траекторията на сферите, след като те бъдат разположени. "За да достигнете определена дестинация, това трябва да бъде коригирано", каза Хелър.

Ако бордовата електроника и оборудване могат да позволят активно маневриране, "тогава може да е възможно да транспортираме малки маси - от 1 до 100 грама - между Земята и Марс в рамките на седмици", каза Хелър.

Учените предвиждат конвенционални ракети да извеждат сондите в Космоса, но за момента, разбира се, не и известно колко добре подобни сфери ще понесат преминаването през атмосферата.

Сега учените провеждат експерименти, за да проверят точно колко добре аерографитът абсорбира и отразява слънчевата светлината.

Изследването е публикувано в списание Astronomy & Astrophysics.