Головна / Технології / «Гало-двигун» зможе розігнати космічний корабель майже до швидкості світла

«Гало-двигун» зможе розігнати космічний корабель майже до швидкості світла

Ще в 2016 році фізик Стівен Хокінг і мільярдер Юрій Мільнер розкрили план подорожі до зірок. Так званий проект Breakthrough Starshot являє собою програму вартістю 100 мільйонів доларів на розробку та демонстрації технологій, необхідних для відвідування найближчої зоряної системи. Потенційні цілі включають Проксиму Центавра, систему, розташовану на відстані близько чотирьох світлових років, з кількома екзопланетами, одна з яких схожа на Землю.

Проект Breakthrough Starshot

План Хокінга і Мільнера полягав у тому, щоб побудувати тисячі крихітних космічних кораблів розміром з мікрочип і використовувати світло для розгону їх до релятивістської швидкості — тобто, близькою до швидкості світла. Великий флот збільшує шанси, що хоча б один з них благополучно прибуде. Кожен «зоряний чип» кріпиться до світлового вітрила розміром з майданчик для бадмінтону, а потім опромінюється за допомогою надзвичайно потужних наземних лазерів.

У лазерного руху є маса переваг. Найважливіше те, що космічні кораблі не потребують жодного палива, а значить і не повинні брати з собою зайвий вантаж. Також за допомогою розгону світлового вітрила можна розігнати кораблик до 20% швидкості світла. При такому розкладі флот прибуде до Проксиме Центавра менш ніж через 30 років.

Фантастично потужні лазери, необхідні для такої місії, буде особливо складно і дорого розробити. Народжується очевидне питання: чи є інший спосіб досягти релятивістських швидкостей?

Сьогодні у нас є свого роду відповідь, завдяки роботі Девіда Кіпінґу, астронома з Колумбійського університету в Нью-Йорку. Кіпінг придумав нову форму гравітаційної рогатки, тієї ж техніки, яку використовувало NASA для відправлення, наприклад, космічного корабля «Галілео» на Юпітер. Ідея полягає в тому, щоб прискорити космічний корабель, направивши його поруч з величезним об’єктом, таким як планета. Таким чином, космічний корабель відніме частину швидкості руху планети, розженеться з її допомогою.

Гравітаційні рогатки прекрасно працюють у масивних тіл. У 1960-х роках фізик Фрімен Дайсон підрахував, що чорна діра може прискорити космічний корабель до релятивістських швидкостей. Але сили на космічному кораблі, що наближається до такого об’єкта, найімовірніше знищать його.

Тому Кіпінг запропонував розумну альтернативу. Його ідея полягає в тому, щоб направити фотони навколо чорної діри і потім використовувати додаткову енергію, яку вони отримають, для розгону світлового вітрила.

«Кінетична енергія чорної діри передається променю світла у вигляді синього зміщення, і за повернення фотони не тільки розганяють космічний апарат, але і додають йому енергії», говорить Кіпінг.

Цей процес залежить від надзвичайно потужного гравітаційного поля навколо чорної діри. Оскільки фотони мають невелику, але все ж масу спокою, це поле здатне затримувати світло на круговій орбіті.

Робота Кіпінґа заснована на дещо інший орбіті, направляючої фотони, що випускається космічним кораблем, навколо чорної діри і назад — свого роду орбіті-бумеранг. Під час подорожі фотони на бумерангу будуть отримувати кінетичну енергію від руху чорної діри.

Саме ця енергія може прискорити космічний корабель, оснащений відповідним світловим вітрилом. Кіпінг називає свою ідею «гало-двигуном». Гало-двигун передає кінетичну енергію рухомої чорної діри космічному кораблю за допомогою гравітації. При цьому космічний корабель не витрачає ніякого власного палива в цьому процесі.

Оскільки гало-двигун використовує рух чорної діри, його краще усього застосовувати до подвійних систем, у яких чорна діра обертається навколо іншого об’єкта. Потім фотони отримують енергію від руху чорної діри у відповідних точках на її орбіті.

І такий двигун повинен працювати з будь-якою масою, яка значно менше маси чорної діри. Кіпінг каже, що з ним можливі механізми розміром з планету. Таким чином, досить розвинена цивілізація може подорожувати з релятивістськими швидкостями з однієї частини галактики в іншу, перестрибуючи з однієї подвійної системи чорних дір в іншу.

«Розвинена цивілізація могла б використовувати концепцію світлового вітрила для досягнення релятивістських швидкостей і надзвичайно ефективного руху», говорить він.

Цей же механізм може також сповільнити космічний корабель. Так що ця розвинена цивілізація, ймовірно, буде шукати пари бінарних систем з чорними дірами, які будуть діяти як прискорювачі і сповільнювачі.

У Чумацькому Шляху міститься близько 10 мільярдів подвійних систем чорних дір. Але Кіпінг відзначає, що, швидше за все, буде лише обмежена кількість траєкторій, які пов’язують їх разом, тому ці міжзоряні магістралі, ймовірно, будуть дуже цінними.

Звичайно, технології, необхідні для використання цієї концепції, в даний час перебувають за межами можливостей людства. Але астрономи повинні бути в змозі з’ясувати, де знаходяться найкращі зіркові магістралі, а також пошукати техносигнатури цивілізацій, які можуть їх експлуатувати.