Микроволновый парус упростит космические путешествия

Джеймс Бенфорд из компании Microwave Sciences (США) придумал «микроволновый парус» для космических кораблей. В настоящее время он проводит опыты по использованию микроволнового излучения для перемещения предметов в вакууме, сообщает «Компьютерра–Онлайн».

Впервые импульс, придаваемый электромагнитными волнами (в частности солнечным светом), предложил использовать для разгона космических кораблей Фридрих Цандер. Главными недостатками метода стали длительность разгона и большой размер требуемого паруса. Чтобы обойти их, в 1980-х годах была высказана идея «лазерного паруса», согласно которой лазерный луч воздействовал бы на космический корабль с небольшим отражающим зеркалом-парусом в кормовой части. Проблема заключалась в недостаточной мощности имеющихся лазеров.

Джеймс Бенфорд считает, что при существующих технологиях у лазерного луча может быть эффективный заменитель — микроволны. «Это единственный метод межзвёздных перелётов, у которого нет проблем с физикой», — убежден исследователь.

С одной стороны, огромные микроволновые антенны, в отличие от лазеров, излучают энергию гораздо менее когерентно — а значит, на разгон и торможение её требуется намного больше. С другой стороны, такие излучатели могут иметь любую мощность, а их стоимость на кВт мощности будет существенно ниже, чем у лазеров.

Опыты Бенфорда показывают, что коническая форма паруса лучше всего подходит для приведения в движение космического корабля. Для его изготовления потребуется применение необычных материалов (нанотрубок, микроволокон, ненаглядного графена и бериллия), поскольку «микроволновому парусу» предстоит выдерживать длительное воздействие температурой порядка 1 100 градусов по Цельсию. Кроме того, низкая масса космического зонда с таким парусом минимизирует и затраты энергии на его разгон и торможение.

Самая большая трудность заключается в необходимости сооружения огромной антенны, излучающей энергию в корму корабля. В идеале её следует строить в безатмосферном месте, чтобы избежать потерь на нагрев воздуха. Стоимость подобной антенны будет огромной, как и она сама. Для полёта даже на один световой год исследователь считает необходимым иметь антенну размером в 3,2 километра в диаметре с мощностью излучения в 24 ГВт (несколько обычных АЭС). Вес нагрузки при этом не превысит 68 кг, из которых половину придётся потратить на «микроволновый парус» диаметром в 800 метров. При названных параметрах всего за пять часов «микроволнового ветра» в корму аппарат разгонится до 62,2 км/с (вчетверо быстрее, чем максимальная скорость существующих космических кораблей).

Для отправки такого рода зонда к Альфе Центавра (на одной десятой скорости света) потребуется излучающая антенна диаметром в 96 километров, с общими затратами энергии на разгон в 300 ТВт•ч (двадцатидневное потреблениевсего человечества). Каждый такой пуск к соседним звёздам будет стоить в сегодняшних ценах 500 миллиардов долларов. При этом перегрузка на зонде будет в районе 50g, что исключает присутствие космонавтов.

Впрочем, все эти проблемы не так велики, если космический корабль будет путешествовать внутри Солнечной системы. Так, на скорости в 62,2 км/с полёт к Марсу займёт всего две недели, а «тарелка» излучателя в 3,2 километра может использоваться многократно. Вместо 5-часового можно использовать 25- или 50-часовой разгон, что вернёт на борт космонавтов. Кроме того, в отличие от варианта с космическим зондом, вместо пролёта мимо исследуемого объекта и отправки сигнала на Землю парус, перемещённый с кормы на нос корабля, может эффективно затормозить его у цели, что не нужно при межзвёздной миссии.

Таким образом, при всех практических трудностях для путешествий внутри Солнечной системы такой метод представляется более практичным, чем химические ракеты: при регулярных полётах на второй и третьей космических скоростях он окажется значительно дешевле. Ведь ему придётся разгонять конструкцию, которая (на корабле с микроволновым парусом) состоит из полезной нагрузки не менее чем 50%. При этом чем больше будет его масса, тем меньшую долю составит парус. В современных же ракетах и 3% нагрузки считаются отличными показателем, отмечает Discovery News.