Нанокосмос на световом парусе

Юрий Мильнер и Стивен Хокинг планируют полет к Альфе Центавра

В небе над Европейской южной обсерваторией (ESO). Справа налево видны Альфа и Бета Центавра. Фото: Y. Beletsky (LCO)/ESO

В день 55-летия полета Юрия Гагарина Юрий Мильнер и Стивен Хокинг на пресс-конференции в Нью-Йорке анонсировали проект Breakthrough Starshot стоимостью $100 млн, цель которого — за 20 лет доставить робота к ближайшей звездной системе Альфа Центавра. «Чердак» разобрался, так ли хорошо работает закон Мура и хватит ли мощности света на такой путь.

Хотя Альфа Центавра, на которую нацелились Мильнер и Хокинг, — ближайшая к Солнцу звездная система из трех светил, до нее более 40 триллионов километров (4,37 световых года). Самому быстрому из существующих космических кораблей потребуется 30 тысяч лет, чтобы долететь до нее. «Цель инициативы Breakthrough Starshot — доказать, что наноаппарат весом несколько граммов, приводимый в движение световым лучом, способен развить в тысячу раз большую скорость и добраться до системы Альфы Центавра за 20 лет», — говорится в сообщении Breakthrough Initiatives.

Робот со световым парусом

Наноаппарат будет состоять из миниатюрного робота, оборудованного камерами, фотонными двигателями, блоком питания, приборами связи и навигации, и светового паруса. Толщина паруса будет измеряться сотнями атомов, а масса — граммами.

Предполагается, что стоимость отдельного запуска составит нескольких сотен тысяч долларов, а стоимость самого аппарата за счет экономии на масштабах будет сравнима с ценой мобильного телефона. В итоге можно будет запускать в космос сотни таких объектов.

К настоящему времени за пределы Земли уже отправлялись аппараты, которые использовали схожую технологию солнечного паруса: он позволяет двигаться, не тратя топливо, за счет давления солнечного света. Пример такого аппарата — зонд LightSail, запущенный американской некоммерческой организацией летом прошлого года. Однако в проекте Мильнера и Хокинга источником светового луча, за счет которого будет двигаться аппарат, будет наземная матричная система, состоящая из отдельных световых источников.

Авторы проекта ссылаются на закон Мура — эмпирическую тенденцию, во многом определившую прогресс всего человечества за последние десятилетия. Его каноническая формулировка такова: топологические размеры транзисторов уменьшаются в два раза каждые четыре года. Сегодня размер транзисторов составляет 7 нм, и это уже почти физический предел. Однако тенденция, пусть и с некоторыми оговорками и замедлениями, сохраняется по целому ряду причин, пояснил «Чердаку» эксперт из сферы микроэлектроники.

«Первая новая тенденция условно называется «больше, чем Мур» и распространяется на сенсорные системы и датчики. За счет этого стала возможна, например, автомобильная электроника. Второе — это расширение тенденции за счет изменения технологий сборки. В один корпус помещается больше транзисторов не за счет уменьшения их самих, а за счет именно сборки, например трехмерной сборки.

И третья, самая новая тенденция, — «за пределами Мура». Речь идет об использовании новых физических принципов уже не кремниевой электроники, а углеродных нанотехнологий и новых материалов.

Это открывает возможность дальнейшего воспроизводства закона Мура уже в новом виде», — отметил эксперт.

В целом, ограничений с точки зрения электроники нет, но это не единственная часть космического аппарата. «То есть космический робот может быть очень миниатюрным, бортовая ЭВМ на одном кристалле — это реальность. Блоки навигации будут уменьшаться за счет уменьшения микросхем. А вот двигатели и батареи — тут вопрос, они меньше не станут. При этом шансы у электроники пережить перелет есть — достаточно привести пример «Вояджера», который вышел за пределы Солнечной системы и сохраняет связь с Землей», — отметил ученый.

«Двигательная» часть будущего аппарата — парус. «В конце XIX века Джеймс Максвелл открыл уравнения, которые описывают поведение электромагнитных полей, и оказалось, что они могут передавать некоторый импульс. В начале XX российский физик Петр Лебедев уже экспериментально подтвердил, что свет, по природе своей электромагнитная волна, действительно оказывает давление на поверхности. Вот на этом эффекте как раз и основана идея солнечных, или световых, парусов», — сказал «Чердаку» Николай Неровный, аспирант и инженер МГТУ им. Н.Э. Баумана, разработчик космического аппарата с солнечным парусом в рамках проекта «Парус-МГТУ».

«С точки зрения физики в этом проекте нет ничего невозможного, но инженерно это выглядит очень сложно.

Во-первых, если этот аппарат будет разгоняться до 20% световой скорости за 10 минут, как заявлено, то он будет очень быстро уходить из фокуса лазера. Это вполне серьезная проблема. Во-вторых, если мы действуем на парус очень мощным лазером, то огромный поток этой энергии наверняка будет тратиться не только на разгон паруса, но и на его нагрев, потому что невозможно сделать зеркало с идеальной отражающей способностью. Даже если 1% энергии лазера будет поглощаться парусом, то это уже может привести к перегреву и деформации самого паруса и тем более выходу из строя электроники. Чтобы решить такие технические сложности, понадобится примерно 500 лет, и это оптимистичная оценка. Одним словом, лично я смотрю скептически, но я могу ошибаться. Нужно смотреть технические детали проекта», — пояснил ученый.


Breakthrough Starshot

Ожидается, что этап исследования и проектирования займет несколько лет. На этапе реализации предполагается, что совокупные инвестиции в проект будут сравнимы с бюджетами крупнейших современных международных научных экспериментов (как, например, Большой адронный коллайдер), отмечается в пресс-релизе.

Руководителем программы Breakthrough Starshot назначен Пит Ворден, бывшей руководитель исследовательского центра Эймса NASA. В научный совет программы вошли ведущие мировые ученые и инженеры, специализирующиеся в области микроэлектроники, оптических систем и космологии. В их числе российский физик, академик Академии Наук СССР, бывший директор Института космических исследований АН СССР Роальд Сагдеев. В совет директоров проекта вошли Стивен Хокинг, Юрий Мильнер и Марк Цукерберг.

При этом мнения российских экспертов о проекте разделились. «Юрий Мильнер очень многое делает для популяризации науки в целом: учредил научную премию больше Нобелевской, выступает финансовым инвестором в высокотехнологичных сферах. В силу его образования — он выпускник физического факультета МГУ — и, наверное, российского менталитета он большое внимание уделяет космосу и космическим технологиям. Поэтому здесь, безусловно, нужно снять шляпу перед этим человеком, потому что он делает дело, нужно для всего человечества», — сказал «Чердаку» кандидат технических наук, член-корреспондент Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского Андрей Ионин.

«То, что это делается, это уже хорошо.

А то, что рядом с этим всем находится Стивен Хокинг — легендарный для современной астрофизики человек, подчеркивает то, что проект серьезный, за ним стоят серьезные люди и важные задачи.

Хотелось бы, чтобы в этом участвовала и российская сторона, российские богатые люди, а не только россияне, которые уехали», — добавил Ионин.

Его энтузиазм не разделяет главный редактор журнала «Новости космонавтики» Игорь Маринин. «Это совершенно невероятная вещь на современном уровне технологий. Если они рассчитывают это сделать в течение ста лет, я, возможно, мог бы согласиться. Но в обозримом будущем это совершенно нереально. Конечно, присутствие Стивена Хокинга в этом проекте придает ему большую авторитетность. Я вижу два варианта: или его втянули в это, или он открыл какие-то физические законы, которые нам неизвестны. Правда, это маловероятно, потому что открытие физического закона нужно регистрировать. А без открытия новых физических законов проект нереален. Ни один физический предмет лучом лазера до такой скорости не разгонишь», — сказал «Чердаку» Маринин, уточнив, впрочем, что он не физик по профессии, поэтому его мнение является не в полной мере экспертным.

Мильнер, Хокинг, Breakthrough Listen

Breakthrough Starshot стал не первым совместным проектом Мильнера и Хокинга. Прошлым летом было объявлено, что совладелец интернет-компаний DST Global и Mail.ru Group вложит 100 млн долларов в поиск жизни за пределами нашей планеты. Суть совместного со знаменитым британским ученым проекта заключается в том, чтобы при помощи самых мощных телескопов на Земле, объединенных в масштабную компьютерную систему, вести поиск сигналов от внеземных цивилизаций, «прослушивая» огромное пространство, включая Млечный Путь и близкие к нему галактики.

Планировалось, что в проекте будут задействованы, в частности, крупнейший в мире параболический радиотелескоп «Грин-Бэнк», расположенный в США, и телескоп из обсерватории Паркса в Австралии. Инициатива рассчитана на 10 лет. Другая совместная инициатива Мильнера и Хокинга — проект Breakthrough Message. Это глобальное соревнование по формулировке цифровых сообщений, которые могли бы описать Землю на языке, понятном для внеземной цивилизации.

Александра Борисова, Екатерина Боровикова, Михаил Петров
Теги:

Читать еще на Чердаке: