среда, 21 марта 2012 г.

В космос на микроволновом парусе

В космос на микроволновом парусеДжеймс Бенфорд из специализирующейся на НИОКР Microwave Sciences (США) проводит опыты по использованию микроволнового излучения для перемещения предметов в вакууме. По его мнению, такой «микроволновый парус» будет эффективнее и солнечного, и его многочисленных подвариантов.

Как известно, впервые импульс, придаваемый электромагнитными волнами (в частности солнечным светом), предложил использовать для разгона космических кораблей Фридрих Цандер. Главные недостатки этого метода — длительность разгона и большой размер требуемого паруса. Чтобы обойти их, в 1980-х была высказана идея «лазерного паруса»: лазерный луч воздействует на космический корабль с небольшим отражающим зеркалом-парусом в кормовой части. Чтобы затормозить у звёздной системы, являющейся целью путешествия, предполагалось задействовать маленький парус спереди от корабля, на который, для погашения движения по инерции, подавался бы лазерный луч с самого КА. Вопрос об осуществимости проекта упирался тогда главным образом в параметры имевшихся лазеров, мощность которых выглядела недостаточной.

Джеймс Бенфорд считает, что при существующих технологиях у лазерного луча может быть эффективный заменитель — микроволны. «Это единственный метод межзвёздных перелётов, у которого нет проблем с физикой», — подчёркивает исследователь.

Высказанный им рецепт межзвёздных путешествий кажется необычным: огромные микроволновые антенны, в отличие от лазеров, будут излучать энергию куда менее когерентно — а значит, на разгон и торможение её потребуется намного больше. Но, по словам учёного, такие излучатели, во-первых, могут иметь любую мощность (у лазеров с этим пока проблемы), а во-вторых, стоимость микроволновых генераторов на кВт мощности будет решительно ниже. И это действительно так: лазер с мощностью бытовой микроволновой печи на порядки дороже.

Сейчас г-н Бенфорд проводит лабораторные эксперименты по «полёту на луче» микроволн. И из них следует, что коническая форма паруса выглядит наилучшим вариантом для приведения в движение космического корабля.

Разумеется, для такого транспортного средства потребуется применение необычных материалов: нанотрубок, микроволокон, ненаглядного графена и бериллия, ведь «микроволновому парусу» предстоит длительная «прожарка» при, скажем, 1 100 ˚С. Кроме того, низкая масса космического зонда с таким парусом минимизирует и затраты энергии на его разгон и торможение.

Однако максимальные трудности видятся в необходимости сооружения огромной антенны, излучающей энергию в корму корабля. В идеале её следует строить в безатмосферном месте, чтобы избежать потерь на сопутствующий нагрев воздуха. Стоимость подобной антенны будет, без преувеличения, огромной (дело, напомним, происходит в космосе)...

...Как и сама она: для полёта даже на один световой год исследователь полагает необходимым иметь антенну размером в 3,2 км в диаметре с мощностью излучения в 24 ГВт (это несколько обычных АЭС). Ну а вес нагрузки при этом не превысит 68 кг (!), из которых половину придётся потратить на «микроволновый парус» диаметром в 800 м. При названных параметрах всего за пять часов «микроволнового ветра» в корму аппарат разгонится до 62,2 км/с (это едва ли не вчетверо быстрее, чем максимальная скорость существующих космических кораблей).

Для отправки такого рода зонда к Альфе Центавра (на одной десятой скорости света) потребуется излучающая антенна диаметром в 96 км, с общими затратами энергии на разгон в 300 ТВт•ч (двадцатидневное потребление современного человечества). Да и каждый пуск к соседним звёздам, по мнению исследователя, будет стоить в сегодняшних ценах $500 млрд. При этом перегрузка на зонде будет в районе 50g, что исключает присутствие космонавтов. Дело в том, что если ускорение будет длительным, то парус даже из наноматериалов начнёт испаряться под действием микроволн. А значит, оно должно быть максимальным, отсюда и огромные перегрузки, и гигантизм излучающей антенны.

Впрочем, подобные циклопические масштабы излучающая установка будет иметь только тогда, когда (на чём настаивает г-н Бенфорд) она будет использоваться для разгона космического корабля, отправляемого к звёздам. В случае перелётов внутри Солнечной системы всё выглядит значительно оптимистичнее. Так, на скорости в 62,2 км/с полёт к Марсу займёт всего две недели, а «тарелка» излучателя в 3,2 км может быть многократно использована для отправки кораблей в любую точку Солнечной системы. Опять же вместо 5-часового можно использовать 25- или 50-часовой разгон, что вернёт на борт космонавтов. Кроме того, в отличие от варианта с космическим зондом, вместо пролёта мимо исследуемого объекта и отправки сигнала на Землю парус, перемещённый с кормы на нос такого корабля, может эффективно затормозить его у цели, что не нужно при межзвёздной миссии.

Таким образом, при всех практических трудностях запуска такого зонда для путешествий внутри Солнечной системы он представляется более практичным, чем химические ракеты: при регулярных полётах на второй и третьей космических скоростях он окажется значительно дешевле. Ведь ему придётся разгонять конструкцию, которая (на корабле с микроволновым парусом) состоит из полезной нагрузки не менее чем 50%, причём чем больше будет его масса, тем меньшую долю составит парус. А в современных ракетах и 3% нагрузки считаются отличными показателем.

Подготовлено по материалам Discovery News и arXiv.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Космос":

Венеция продолжает тонуть
Предыдущие исследования показали, что подъём воды в Венеции остановился, но новые измерения говорят о том, что знаменитый город продолжает медленно тонуть и к тому же немного заваливается на восток. Венеция погружается под землю со скоростью 2 мм в год, такими же темпами растёт уровень моря в Венецианской лагуне. Нетрудно посчитать, что через четверть века вода в каналах поднимется на целых 10 с...
  (читать дальше)

Сверхновые типа Ia и впрямь образованы двумя белыми карликами
Новые исследования подтвердили, что сверхновые типа Ia образованы двумя белыми карликами. Ранее тот же результат дал анализ «Слоуновского цифрового обзора неба». Эти взрывы, которые способны затмить свои галактики на несколько недель, последовательно излучают огромное количество энергии в видимом диапазоне. Благодаря этому они становятся одними из самых ценных инструментов при измерении рассто...
  (читать дальше)

Составлена геологическая карта Ио
Курящиеся вулканы, лавовые озера и много-много серы: спутник Юпитера Ио можно назвать одним из самых экзотических и интригующих мест Солнечной системы. Наконец-то геологические особенности этого необычного и активного тела получили свою долю внимания. Исследователи из Института планетарных наук и Университета штата Аризона (США) при помощи сотрудников Геологической службы США подробно описали все ...
  (читать дальше)

Интервью с директором обсерватории Паранал Европейской южной обсерватории (ESO)
О работе на комплексе 8-метровых телескопов VLT, российских наблюдениях на этом инструменте и съемках фильма про Джеймса Бонда «Газете.Ru» рассказал директор обсерватории Паранал Европейской южной обсерватории (ESO) Андреас Кауфер. – Действительно ли гора Серро Паранал, где расположен VLT, является местом с самым лучшим астроклиматом на Земле? – Трудно отвечать на такой вопрос, заданный в таких ...
  (читать дальше)

«Кассини» разглядел, как Сатурн раздвигает трещины Энцелада
Изображения, полученные космическим кораблём «Кассини», впервые позволили учёным сопоставить распыление струй водяного пара из трещин Энцелада с тем, как сила тяжести Сатурна растягивает и раздвигает трещины. Энцелад — уникальный представитель системы Сатурна, поскольку из длинных трещин, расположенных в южной полярной области, вырываются огромные струи водяного пара, разбрызгивающие по космичес...
  (читать дальше)

Обнаружена «прямоугольная» галактика
Группа астрономов из Австралии, Германии, Швейцарии и Финляндии описала галактику, имеющую редкую прямоугольную форму. Исследователи сравнивают её с огранённым изумрудом. Карликовая галактика LEDA 074886, расположенная в группе 250 карликовых галактик в созвездии Эридан, находится в 70 млн световых лет от Земли. Как известно, большинство галактик во Вселенной вокруг нас существует в одной из т...
  (читать дальше)

Висячие сады Сингапура
В Сингапуре строится самое высокое из целиком покрытых растительностью здание мира — Oasia Downtown. В нём разместятся не только отель и деловой центр (с ними всё ясно), но и — что куда важнее — настоящий висячий сад, расположенный в несколько ярусов. Как известно, богатые тоже плачут. Живой пример — Сингапур. Это весьма развитая страна, но чем дальше она развивается, тем больше упирается в свою...
  (читать дальше)

Пентагон планирует создание системы детального отслеживания спутниковых группировок
Сегодняшние телескопы слабо приспособлены для эффективного шпионажа за спутниками, находящимися на геостационарной орбите: время обнаружения велико, детальное изучение требует долгого непрерывного отслеживания. Управление перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA) намерено покончить с этим, создав систему телескопов, связанных между собой оптоволоконным кабелем и осуществляющих ра...
  (читать дальше)

Плавающий зонд для Титана проходит испытания
Вольфганг Финк, адъюнкт-профессор факультета электротехники и микроэлектроники Университета штата Аризона (США), создал и провёл первые испытания экспериментального робота для приводнения в инопланетных озерах. Дрон называется Тucson Explorer II (TEX II). О своём начинании г-н Финк рассказал на Аэрокосмической конференции (3–10 марта; Биг-Скай, Монтана, США). По словам создателя, робот представл...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)