Введение
Предложение 1985 года о пролете мимо ближайшей звезды с использованием микроволнового паруса. Starwisp — это гипотетический беспилотный межзвездный зонд, предложенный покойным Робертом Л. Форвардом. Он приводится в движение микроволновым парусом, концептуально схожим с солнечным парусом, но питаемым микроволнами от искусственного источника. Он пролетел бы через целевую систему, не снижая скорости.
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.
Описание
"Starwisp" – это концепция межзвездного зонда сверхмалой массы, разгоняемого микроволновым лучом. Она была предложена ученым и писателем Робертом Л. Форвардом в 1985 году, а дальнейшие исследования были опубликованы Джеффри А. Лэндисом в 2000 году. Предлагаемое устройство использует беcпроводную передачу энергии для движения, в виде мощной микроволновой антенны, толкающей парус. Сам зонд состоит из сетки, сплетенной из чрезвычайно тонких углеродных нитей диаметром около 100 м, с расстоянием между нитями, равным длине волны микроволн (3 мм), используемых для разгона. Форвард предложил, чтобы нити содержали наноразмерные компьютерные схемы, датчики, системы сбора микроволновой энергии и микроволновые радиопередатчики, изготовленные на поверхности нитей, обеспечивая зонду возможность сбора и передачи данных. Благодаря распределению по всей площади паруса, не требуется сложная конструкция поддерживающих элементов, как это было бы необходимо, если бы бортовая электроника зонда размещалась в отдельном корпусе, который тянулся бы парусом. Изначальная концепция Starwisp предполагала эффективное отражение микроволн, при этом поверхность проволочной сетки действовала бы как сверхпроводник и почти идеальное зеркало. Это предположение оказалось неверным. Лэндис показал, что сетка поглощает значительную часть падающей энергии и, следовательно, не может оставаться достаточно холодной для поддержания сверхпроводимости. Конструкция ограничена тепловыми факторами, поэтому в концепции Лэндиса используется углерод в качестве материала. Малая масса была ключевой особенностью зонда Starwisp. По расчетам Лэндиса, плотность сетки составляет всего 100 кг/км², при общей массе 1 кг плюс полезная нагрузка в 80 грамм. Несмотря на то, что дифракционный предел серьезно ограничивает дальность действия передающей антенны, зонд спроектирован для ускорения 24 м/с², что позволяет ему достичь значительной доли скорости света на небольшом расстоянии, прежде чем выйти за пределы досягаемости. Антенна использует микроволновую линзу диаметром 560 км, передает мощность 56 ГВт и разгоняет зонд до 10% скорости света. Зонд будет двигаться без питания в течение десятилетий, пока не приблизится к целевой звезде, после чего антенна, которая его запустила, снова направит луч на Starwisp. Это будет сделано, когда Starwisp достигнет примерно 80% пути к цели, чтобы луч и зонд прибыли одновременно. На таком огромном расстоянии антенна не сможет обеспечить дальнейшее ускорение, но Starwisp сможет использовать свой проволочный парус для сбора и преобразования части микроволновой энергии в электричество, необходимое для работы датчиков и передачи собранных данных на Землю. Starwisp не будет тормозить у целевой звезды, выполняя вместо этого облет на высокой скорости. Поскольку антенна требуется лишь несколько дней во время запуска Starwisp и еще несколько дней спустя, через несколько десятилетий, для питания зонда при прохождении мимо цели, зонды Starwisp могут быть массово произведены и запускаться мазером каждые несколько дней. Таким образом, можно будет непрерывно собирать данные о далеких солнечных системах, даже если каждый зонд Starwisp проводит в них всего несколько дней. В качестве альтернативы, пусковой передатчик может использоваться в промежуточный период для передачи энергии на Землю в коммерческих целях, как это делается с солнечными электростанциями на орбите.
Возможные способы изготовления
Создание такого деликатного зонда было бы значительной проблемой. Один из предложенных методов заключается в "нанесении" зонда и его схемы на огромный лист пластика, который разрушается под воздействием ультрафиолетового света, а затем ожидании, пока лист не испарится под воздействием солнечного УФ-излучения после его развертывания в космосе. Другой предложенный метод отметил, что провода зонда Starwisp имеют тот же физический масштаб, что и провода и элементы схем на современных компьютерных микрочипах, и могут быть изготовлены с использованием тех же фотолитографических технологий, что и компьютерные чипы. Зонд пришлось бы собирать из секций размером с существующие кремниевые пластины для производства чипов, а затем соединять их вместе.
Технические проблемы
Основной проблемой данной конструкции станет радиация, воздействующая на неё в пути. При движении со скоростью 20% от скорости света обычный межзвездный водород станет существенной радиационной угрозой, а "Звёздный Укрыв" не будет иметь защиты и, вероятно, возможности активного самовосстановления. Другой проблемой будет обеспечение достаточно равномерного ускорения "Звёздного Укрыва" по всей площади паруса, чтобы его хрупкие провода не рвались и не деформировались. Даже незначительное искажение формы "Звёздного Укрыва" может привести к неконтролируемой катастрофе, поскольку одна его часть будет отражать микроволны в другом направлении, чем другая, что приведет к еще большей деформации. Такой деликатный и тонко настроенный контроль может оказаться нереализуемым. Возможность использования паруса из пылевой плазмы, в котором пылеобразное вещество, поддерживаемое в состоянии плазмы в космосе, отвечает за отражение электромагнитного излучения, может решить проблемы, связанные с радиационным повреждением среды, передающей давление излучения (парус из пылевой плазмы может быть менее подвержен повреждениям, чем тонкая пленка и т.п.). Паруса из пылевой плазмы также могут адаптировать свою трехмерную структуру в реальном времени, обеспечивая перпендикулярное отражение любого падающего светового или микроволнового луча.
В художественной литературе
В научно-фантастическом рассказе Форвард предложил использовать луч энергии от спутника солнечной энергетики для разгона зонда Starwisp во время испытаний спутника после завершения строительства.