«Динамическая орбитальная рогатка» предполагает использовать межзвездные кометы, когда они пролетают через нашу Солнечную систему.
Посмотрим правде в глаза, мы никуда не денемся, по крайней мере, не в ближайшее время. Любой, кто вырос на научной фантастике, типа «Звездный путь» или «Звездные войны», в какой-то момент испытывал тоску по реальным межзвездным путешествиям в реальном мире. Затем наступают тяжелые будни взрослой реальности.
У нас нет правдоподобной технологии, которая могла бы транспортировать людей на планеты вокруг других звезд. У нас даже нет технологии для своевременной отправки крошечного роботизированного космического корабля в другую звездную систему. Люди думают об этом, но даже эксперименты с проверкой концепции еще не начались; первые испытательные полеты, вероятно, пройдут, как минимум, через десятилетия.
Или, может быть, мы просто думаем о проблеме неправильно. У Ричарда Линареса, со-директора Лаборатории космических систем в Массачусетском технологическом институте, есть идея, которая может сделать наши научно-фантастические мечты намного быстрее. Мы не можем путешествовать к звездам, признает он, но звезды уже приходят к нам; все, что нам нужно сделать, это найти способ догнать их, когда они проходят. И он думает, что у него есть способ сделать это, используя творческий вид космического корабля с зависанием и атакой, который он называет Динамической Орбитальной Рогаткой.
Это довольно далеко зашедшая концепция, но НАСА видит в этом некоторые перспективы: программа Агентства по инновационным усовершенствованным концепциям (NIAC) агентства только что дала Линаресу и его сотрудникам грант на «Фазу I» для изучения возможности использования рогатки для реальной космической миссии.
Ничего из этого не произошло бы, если бы не загадочный кометоподобный объект, известный как Оумуамуа, который прошел мимо Солнца осенью 2017 года. Его гиперболическая орбитальная траектория позволила определить его как межзвездный объект, что означает, что он возник из какого-то места далеко за пределами нашей Солнечной системы. Астрономы долго предполагали, что кометы могут вырваться из других планетных систем и пройти через нашу собственную, но это было первое конкретное доказательство.
Что сделало открытие Оумуамуа особенно волнующим, так это то, что за ним вскоре последовало наблюдение второго межзвездного гостя, кометы Борисова, в августе прошлого года. Обнаружение одного из таких объектов может быть случайностью. Обнаружение двух межзвездных комет в такой быстрой последовательности означает, что они должны быть чрезвычайно распространены; очевидно, мы просто не смогли обнаружить их раньше.
Теперь ясно, что межзвездные гости все время проходят через нашу Солнечную систему, а это означает, что есть множество потенциальных целей для исследования. И скоро мы сможем намного чаще их наблюдать. Обсерватория имени Веры Рубин должна начать работу в 2022 году и будет прочесывать ночное небо в поисках того, что движется. С помощью некоторых экстраполяций она сможет легко идентифицировать один новый объект, похожий на комету Борисова, каждый год.
Однако посетить один из этих объектов будет нелегко. Даже благодаря Обсерватории имени Веры Рубин у нас не будет достаточного времени, чтобы понять, что новая межзвездная комета направляется к внутренней Солнечной системе. В лучшем случае на подготовку у нас будет всего несколько лет, а скорее всего несколько месяцев. Не так много времени, чтобы подготовить миссию для перехвата.
Межзвездные объекты также прилетают на огромной скорости. Комета Борисова прибыла из глубокого космоса, движущаяся со скоростью 32 километра в секунду, и ее орбита вокруг Солнца была больше похожа на изогнутую линию, чем на чистый планетарный эллипс. Малое количество времени плюс высокая скорость - очень неуловимая цель.
Вот где Линарес и его Динамическая Орбитальная Рогатка приходят на помощь. Его идея состоит в том, чтобы иметь сразу сеть космических зондов в ожидании прибытия межзвездного посетителя. Это были бы очень необычные типы космических кораблей, которые он называет «статитами», или статическими спутниками. В отличие от любого другого объекта в Солнечной системе, они не будут вращаться вокруг Солнца. Вместо этого они будут зависать на месте.
Обычно гравитационное притяжение Солнца делает невозможным такое зависание. Статиты могли бы компенсировать это, используя огромные солнечные паруса, каждый из которых был прикреплен к легкому зонду в форме куба. Если парус достаточно большой и достаточно тонкий, давление солнечного излучения будет достаточно большим, чтобы уравновесить силу притяжения, позволяя статиту соответствовать своему названию.
Этот режим позволит статитам осуществить аккуратный трюк. Как только астрономы обнаружат входящий межзвездный объект, статит изменит свою ориентацию своего паруса так, чтобы солнечный свет больше не удерживал его на месте. Он сразу же начнет быстро падать к Солнцу, используя солнечную гравитацию, чтобы ускорить его, как рогатка (отсюда и Динамическая орбитальная рогатка). Регулировка угла наклона паруса позволила бы ему управлять, установив курс перехвата межзвездной цели, и все это без необходимости использования какого-либо бортового ракетного топлива.
Многие новости (в том числе запутанный пресс-релиз из Массачусетского технологического института) подразумевали, что эти места будут находиться на краю Солнечной системы. Линарес поясняет, что солнечный свет там слишком слабый, чтобы зависать. «В настоящее время мы рассматриваем созвездие спутников, расположенное на расстоянии 1 а.е. [расстояние от Солнца до Земли]. Мы считаем, что это может быть оптимальным расположением с точки зрения баланса стоимости миссии и способности достигать межзвездных объектов», - говорит он.
Обратите внимание, что он упомянул слово «созвездие». Межзвездные объекты могут прибыть с любого направления. Чтобы быть уверенным, что он сможет разработать разумный курс перехвата, Линарес понял, что ему понадобятся несколько статитов, припаркованных в разных местах вокруг Солнца. «Пять-восемь статитов находятся в пределах возможного созвездия», - говорит он. «У них будет перекрывающийся охват, и мы считаем, что каждый статит может охватывать довольно широкий диапазон поступающих гелиоцентрических траекторий».
Траектория рогатки вокруг Солнца обеспечит достаточную скорость, чтобы статит мог догнать свою цель и соответствовать ее скорости. Вместо короткого высокоскоростного полета зонд мог бы проводить неторопливую встречу, изучая объект постепенно. «Преимущество этого созвездия заключается в том, что мы можем встретиться всего за пять-шесть месяцев до ближайшего сближения межзвездного объекта с Солнцем», - говорит Линарес.
Статит потенциально мог бы бросить на комету небольшой посадочный модуль, изучая ее. Вы даже можете представить себе посадку зонда с собственным источником энергии (например, радиотермическим генератором), чтобы он мог работать годами и наблюдать за кометой, когда она движется обратно в межзвездное пространство.
Неудивительно, что перед тем, как этот изумительный флот межзвездных перехватчиков станет реальностью, есть некоторые технические препятствия, которые необходимо устранить (есть причина, по которой НАСА поддерживает его в рамках гранта «передовые концепции»). Самое большое неизвестное - как построить солнечный парус, достаточно легкий, достаточно большой и достаточно сильный, чтобы справиться с трюком с зависанием.
«Важным параметром является комбинированное отношение площади к массе космического корабля. В настоящее время предлагаемая концепция потребует экзотических материалов для достижения требуемого отношения площади к массе с полезной нагрузкой размера куба», - отмечает Линарес. «Тем не менее, мы рассмотрим варианты концепции, которые могут позволить использование обычных материалов».
В инженерном плане «экзотические материалы» - это вещи, которых не существует, и которые могут еще долго не существовать. Dynamic Orbital Slingshot - это концепция развития. Линарес планирует использовать свой грант NIAC, чтобы начать заполнять детали того, на что может быть похожа статическая миссия, как спроектировать парус и прикрепленный зонд.
Помогает то, что Линарес не единственный, кто задумывается о подобных межзвездных исследованиях. Инженеры некоммерческой инициативы по межзвездным исследованиям придумали концепцию, которую они называют Проект Лира. Вместо использования солнечного паруса Проект Лира привязывает зонд к огромной ракете, подобной грядущей системе космического запуска НАСА, и направляет ее очень близко к Солнцу, проходя на расстоянии всего 3 миллионов миль над поверхностью Солнца.
При запуске ракетных двигателей прямо в точке ближайшего сближения зонд получит огромный импульс скорости - достаточный, чтобы он мог догнать цель, подобную Оумуамуа, даже когда она улетает обратно к звездам. По оценкам команды Проекта Лира, они могут достичь цели к 2049 году, предполагая, что их зонд был готов к запуску в начале 2030-х годов.