突破性Starshot项目：探测器是否将以20％的光速从地球飞行到半人马座Alpha系统？

在科幻小说中，太空船长期以来一直借助“虫洞”，超动力以及其他系统，现象和设备在宇宙中移动。根据一些科学家的说法，虫洞或超速传动根本不是童话，在理论上有可能制造它们。没错，不是现在，也不是不久的将来-我们根本没有必要的知识和技术。

那么，以15-20％的光速飞向另一颗恒星怎么办？这是很真实的。这是科学家，科学普及者的观点，也是Breakthrough Initiatives项目的作者，也是Breakthrough Starshot项目的研究者。该项目的目的是创建带有轻帆的飞船，该飞船能够到达Alpha Centauri系统持续20-30年。为了在这样的时间到达这个系统，太空飞船必须以光速的15％到20％的速度移动。

有什么计划？

该项目的主要想法已于今年4月12日在纽约的新闻发布会上宣布。 Breakthrough Starshot的创始人是Yuri Milner和Stephen Hawking。该项目的倡议委员会还包括Facebook负责人马克·扎克伯格（Mark Zuckerberg）。根据米尔纳的说法，该项目的成本不是很高-5至100亿美元。他认为，第一艘船可以在20年后升空。

作为“突破星空”的一部分，计划发射一艘基舰，将许多小型航天器送入轨道。这些设备的太阳帆将从地球上受到激光束的影响。激光非常强大，它计划将几束能量为1太焦耳的激光束引导到4 * 4 m大小的太阳帆上（根据一些报道-100兆焦耳）。



微型航天器将使用激光瞄准半人马座阿尔法系统，而激光将探测器加速到所需速度。当（如果有）地球设备飞到那里时，它们将能够获取整个系统的图片。总共将有约1000艘微型飞船送往半人马座Alpha。这些设备将使用微型激光系统将数据传输到地面-太阳帆将充当天线。每个探头将包括一个照相机，一个太阳帆，一个激光数据传输系统，一个energy能源。

现在介绍问题

该项目本身看起来很现实-您可能可以发射迷你飞船。并可能达到15-20％的光速。但是有一个问题。事实是，对于探针而言，如此高的速度不仅会带来陨石或灰尘的问题，而且即使与单个原子发生碰撞也很危险。现在，科学家们正试图了解这种碰撞的危险性和发生的频率（毫无疑问，它们会发生）。实际上，这就是为什么计划发送1000台设备的原因-根据该项目的作者，探针的某些部分将保持不变。

主要问题是星际空间不为空。有尘埃，有很多尘埃，有独立的原子，甚至更多。所有这些对象代表对探针的真正危险。

原子。与原子本身的碰撞并不是那么危险，但是在碰撞过程中释放的能量已经是一个重大问题。释放能量时，外壳或单个探头元件会发热。温度将很高，以至于探针材料将在撞击点简单地蒸发。或者只是熔化，这将导致材料特性的变化。

作者利用有关星际气体浓度的已知数据，进行了一些计算，以获取有关此类碰撞后果的或多或少的真实信息。事实证明，宇宙中最常见的氢和氦并不是一个大问题。探头与氧，镁，铁等元素的重原子碰撞时，情况最糟糕。

根据专家的说法，重原子将能够在0.1毫米内蒸发或熔化探头主体的材料。并不是很多，但是如果原子频繁出现，则探针将处于极大的危险之中。

粉尘。这是一个稍微不同的问题。灰尘是由比氢或氦重的元素的原子和分子形成的。灰尘，即使是最小的，也比单个原子大得多。与粉尘颗粒碰撞对探针的后果将比与原子碰撞更为严重。较大的灰尘颗粒（单个颗粒）会损坏整个设备。这种颗粒的大小估计为15微米。幸运的是，这种大小的尘埃在星际空间中很少见，因此可能并非所有的探头都会在途中遇到这种危险。实际上，探针遇到15微米颗粒或更大颗粒的可能性几乎很小。

较小的尘埃颗粒将导致设备本体的破坏，其规模远大于原子。每个粒子将在设备表面1.5毫米内蒸发材料。但是材料会融化到1 cm的深度，鉴于探头的微型尺寸，这非常重要。

如何避免探头损坏的危险？

有几种方法可以避免破坏通往目标的探针。其中之一是将太阳帆放在特殊的防护罩后面。探针主体将以子弹的形式形成，以使设备与危险的粉尘颗粒或原子碰撞的可能性降到最低。



为了吸收热量，提出在探针主体上涂覆一层石墨。这种材料会散发热量，从而使与粒子和原子碰撞的影响最小化。

还有一个问题，并不是那么明显。在碰撞瞬间物质蒸发期间，设备的移动方向及其速度将发生变化。 1-2次带有尘埃粒子的会议不会有太大变化，但是如果此类会议不断发生，则设备可能会偏离初始轨迹，速度也会发生很大变化。在这种情况下，探头要么根本不会到达目标，要么会飞起来，但是行进时间会增加。该问题该怎么办，专家尚未提出。据专家介绍在这个项目的总面积中，每个正面平方厘米将高速碰撞约1000个尺寸在0.1微米及以上的颗粒。

除了上述所有内容外，还纯属技术难题。事实是，探头必须非常小才能满足质量限制。所有探头元件必须承受外部空间和加速度的极端条件。将最强大的激光聚焦在探测器的太阳帆上是一项由于许多技术问题人们现在无法应付的任务。据《经济学人》称，只有将许多现代技术改进几个数量级之后，才能实施该项目。

尽管如此，该项目本身比其他所有项目都更加真实，而其他所有项目都需要原子引擎，反物质，翘曲驱动器和其他技术，而到目前为止，这些技术都属于非常遥远的未来。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN397111/