Кіріспе
1985 жылы жақын маңдағы жұлдызды микротолқынды желкенмен шарлау ұсынысы. Starwisp – белгілі Роберт Л. Форвард ұсынған, құрылмаған ұшқышсыз жұлдызаралық ғарыш зондының жобасы. Ол күн желкеніне ұқсас принциппен жұмыс істейтін микротолқынды желкен арқылы қозғалады, бірақ қуаты адам жасаған көзден беріледі. Ол нысана жүйесінен өте келе баяуламайды.
Starwisp is a hypothetical unmanned interstellar probe design proposed by the late Robert L. Forward. It is propelled by a microwave sail, similar to a solar sail in concept, but powered by microwaves from a human made source. It would fly through the target system without slowing down.
Сипаттама
"Жұлдызды шашырау" – микротолқынды сәулемен итермеленетін өте төмен салмақты жұлдызаралық зондтың тұжырымдамасы. Оны 1985 жылы ғалым және жазушы Роберт Л. Форвард ұсынды, ал одан кейін 2000 жылы Джеффри А. Лэндис осы жұмысты жалғастырды. Ұсынылған құрылғы желкенді итеру үшін жоғары қуатты микротолқындық антеннаны қолданатын сәулемен қуатталатын қозғалтқышты пайдаланады. Зондтың өзі шамамен 100 метрлік диаметрі бар, өте жіңішке көміртек сымдарынан тұрады, сымдар арасындағы қашықтық қолданылатын микротолқындардың 3 мм толқын ұзындығымен тең. Форвард сымдарға наноөлшемді компьютерлік тізбектер, сенсорлар, микротолқынды қуат жинау жүйелері және сым беттерінде жасалған микротолқынды радио хабар таратушылар енгізілетінін ұсынды, бұл зондқа деректерді жинау және тарату мүмкіндігін береді. Электроникалық құралдар жеке зондқа орналасқан жағдайда, желкенге "қарқын" қажет болмайды, себебі барлық электрондық жүйе желкенге таратылған. Бастапқы "Жұлдызды шашырау" тұжырымдамасы микротолқындардың тиімді шағылысатынын, сымдық тордың беті суперөткізгіш ретінде және дерлік мінсіз айна ретінде әрекет ететінін болжады. Бұл болжам дұрыс емес. Лэндис желіге түсетін қуаттың маңызды бөлігі сіңірілетінін және сондықтан суперөткізгіш болу үшін жеткілікті салқын бола алмайтынын көрсетті. Дизайнның жылулық шектеулері бар, сондықтан Лэндистің тұжырымдамасында материал ретінде көміртекті пайдалану қажет. "Жұлдызды шашырау" зондының басты ерекшелігі – оның төмен салмағы. Лэндистің есептеулері бойынша, тордың тығыздығы 100 кг/км² құрайды, ал жалпы массасы 1 кг, соған қоса 80 грамм пайдалы жүк. Дифракциялық шек таратушы антеннаның қашықтығын шектейді, бірақ зонд 24 м/с² үдеуге ие болу үшін жасалған, бұл оған қашықтықтан шығар алдында жарық жылдамдығының маңызды бөлігіне өте қысқа уақыт ішінде жете алуға мүмкіндік береді. Антенна 560 км диаметрі бар микротолқынды линзаны пайдаланады, 56 ГВт қуатты таратып, зондты жарық жылдамдығының 10% -на дейін үдетуге қабілетті. Зонд ондаған жылдар бойы қуатсыз жүзеді, содан кейін мақсатты жұлдызға жақындағанда, оны ұшырған антенна сәулесін қайтадан "Жұлдызды шашырауға" бағыттайды. Бұл "Жұлдызды шашырау" мақсатына жету жолының 80% -ына жеткенде жасалады, сонда сәуле мен "Жұлдызды шашырау" бір уақытта келеді. Мұндай өте ұзақ қашықтықта антенна қозғалтқыш күшін бере алмайды, бірақ "Жұлдызды шашырау" сымдық желкенін микротолқынды энергияны электр энергиясына айналдырып, сенсорларын іске қосу және жинаған деректерді үйге жіберу үшін пайдалана алады. "Жұлдызды шашырау" мақсатты жұлдызға қарай баяуламайды, оның орнына жоғары жылдамдықты ұшу миссиясын орындайды. Антенна "Жұлдызды шашырауды" ұшырғанда бірнеше күнге және ондаған жылдардан кейін оны қуаттандыру үшін тағы бірнеше күнге қажет болғандықтан, "Жұлдызды шашырау" зондтарын массалық түрде өндіріп, мазермен бірнеше күнде бір рет ұшыруға болады. Осылайша, алыс жұлдыздар жүйелері туралы үздіксіз деректерді жинауға болады, тіпті әрбір "Жұлдызды шашырау" зонды оны аралап өтуге бірнеше күн жұмсаса да. Сонымен қатар, іске қосушы таратушыны күн энергиясы спутнигі сияқты коммерциялық мақсатта жерге электр қуатын беру үшін пайдалануға болады.
Мүмкін болатын өндіріс әдістері
Мұндай нәзік зондты құрастыру үлкен қиындық тудырар еді. Ұсынылған әдістердің бірі – зондты және оның схемасын ультракүлгін сәуле әсерінен ыдырайтын үлкен пластинаға "жағу", содан кейін ғарышқа шығарғаннан кейін күннің ультракүлгін сәулелерінің шабуылымен пластинаның булануын күту. Тағы бір ұсынылған әдіс Starwisp зондының сымдарының физикалық өлшемі қазіргі компьютерлік микрочиптердегі сымдар мен схемалық элементтермен бірдей екенін және оларды компьютерлік чиптерді жасау үшін қолданылатын фотолитографиялық өндіріс технологияларымен жасауға болатындығын көрсетті. Зондты қазіргі чиптерде қолданылатын кремний пластиналардың мөлшерінде бөліктерге бөліп жасау қажет, содан кейін оларды біріктіру керек.
Техникалық мәселелер
Бұл жобаның басты мәселесі – жол бойында кездесетін радиация. Жарық жылдамдығының 20 пайызымен қозғалғанда, ғарыздағы сутек радиациялық қауіпті факторға айналады, ал Starwisp қорғаныссыз болады және өзін-өзі жөндеу мүмкіндігінен де айырылуы мүмкін. Тағы бір мәселе – Starwisp-тің желкенінің бүкіл аумағы бойынша үдеуді бірқалыпты ұстау, осылайша оның нәзік сымдарының жыртылуына немесе пішіннің бұзылуына жол бермеу. Starwisp пішінінің тіпті ең аз бұрмалануы да қатаң апатқа алып келуі мүмкін, себебі Starwisp-тің бір бөлігі микротолқындарды екінші бөлігінен өзгеше бағытта шағылыстырып, пішіннің одан әрі бұзылуына себеп болуы мүмкін. Мұндай нәзік және мұқият басқаруды жүзеге асыру мүмкін болмауы да мүмкін. Электромагниттік сәулеленуді шағылыстыру үшін кеңістікте плазма күйінде ұсталатын шаңды затты пайдалану арқылы, радиациялық қысымды жүзеге асыратын ортаның радиациялық зақымдануымен байланысты мәселелерді шешуге болады (шаңды плазмалық желкен жұқа пленка сияқты оңай зақымдалмайды). Шаңды плазмалық желкендер сондай-ақ, кез келген жарық/микротолқын шоғына перпендикуляр шағылысуды қамтамасыз ету үшін үш өлшемді құрылымын нақты уақытта өзгерте алады.
Көркем шығармаларда
Ғылыми-фантастикалық әңгімесінде Форвард күн энергиясы спутнигінен шығатын сәуленің Starwisp зондын итеруге қолданылуы мүмкін екенін айтты, бұл күн энергиясы спутнигі құрылысынан кейін сынақтан өткізіліп жатқанда жасалатын еді.