Проксима Центавра b — ближайшая из известных экзопланет, которая может находиться в обитаемой зоне своей звезды. К сожалению, из-за технологических ограничений и гигантских расстояний большинство предложенных миссий к этой планете предполагают доставку полезной нагрузки массой всего несколько граммов, а для того, чтобы достичь этого, требуются массивные солнечные паруса или лазеры.
Но зачем позволять современному технологическому уровню ограничивать ваше воображение, когда есть столько других вариантов, пусть пока и теоретических, позволяющих отправить более крупную миссию к нашему ближайшему потенциально пригодному для жизни соседу? Именно такая мысль стояла за магистерской диссертацией Амели Лутц из Вирджинского технологического института — она рассматривала возможность использования термоядерных двигательных установок для отправки зонда весом в несколько сотен килограммов к этой системе и, возможно, даже на орбиту планеты.
Поскольку Проксима Центавра b потенциально пригодна для жизни, учёные хотели бы доставить к ней множество различных датчиков, чтобы внимательно наблюдать за ней. Лутц подробно описывает 11 датчиков, которые будут установлены на аппарате, включая спектрометры, магнитометры, системы визуализации и зондирования, которые позволят заглянуть под ледяные покровы планеты (если таковые имеются).
Кроме того, там будет установлена мощная система связи. Лутц предлагает использовать солнечную гравитационную линзу самой Проксимы Центавра, чтобы увеличить мощность и пропускную способность связи до приличных 10 Мб в секунду на ватт мощности, выделяемой на коммуникационный массив.
В вопросе получения энергии космический корабль будет полагаться на термоядерный генератор — как для приведения в движение, так и для получения электроэнергии. Лутц рассмотрела три различных типа термоядерных двигателей, каждый из которых может использовать четыре различных типа топлива.
Первый — это ракета на термоядерном топливе, которая напрямую преобразует энергию, создаваемую термоядерной реакцией, в тягу с помощью техники, называемой магнитно-инерционным термоядерным синтезом. Далее следует двигатель с инерционно-электростатическим удержанием, который отличается небольшими размерами и весом, но страдает от технических проблем, ограничивающих его потенциальную мощность. Ещё одна потенциальная приводная система – микросинтез, инициируемый антиматерией (AIM), которая является самой маленькой, но для её запуска требуется антиматерия, которая чрезвычайно редка и дорога.
В работе описывается четыре различных типа топлива, которые обычно рассматриваются при обсуждении термоядерных реакций — как для коммерческого производства энергии, так и для приведения в движение космических аппаратов. Реакции дейтерий-дейтерий (D-D) являются самыми простыми, но отличаются низким выходом энергии. Дейтерий-тритий (D-T) имеет более высокую энергию, но создаёт много нейтронов, которые могут прорвать защитную оболочку космического корабля и разрушить его внутренние системы. Протон-бор-11 (p-B11) более экзотичен, состоит из обычных материалов, но требует очень высоких температур для очень низкого выхода энергии. Остаётся дейтерий-гелий-3 (D-He3).
D-He3 долгое время был мечтой многих специалистов по термоядерному синтезу. Он даёт высокий выход энергии, низкий выход нейтронов и не требует абсурдных температур для работы. Однако его недостатком является относительная нехватка He3 на Земле, хотя, как отмечает Лутц, уже было много мыслей о том, как мы могли бы потенциально добывать его на Луне.
Чтобы определить, какая комбинация топлива и двигательной установки является наилучшей, Лутц рассматривает несколько различных профилей миссий. Первый — это пролёт без замедления, при котором космический аппарат пронесётся мимо планеты-мишени со скоростью 24 000 км/с. Это не даст много времени на научную работу, если таковая вообще будет иметь место. Альтернативой может стать «медленный» пролёт, когда космический аппарат замедляется на второй половине своего пути и пролетает мимо планеты на более разумной скорости 25 км/с. Всё равно быстро, но достаточно, чтобы научные приборы могли поработать.
Однако, по мнению Лутц, если ещё немного поработать с траекторией, космический аппарат сможет выйти на ограниченную орбиту Проксимы Центавра b, что позволит совершить несколько пролётов и собрать значительный объём данных. Но для этого ему потребуется сочетание высокой энергоотдачи, малой массы и минимального количества нейтронов.
Согласно её диссертации, выигрышным решением является конфигурация ракеты с термоядерным ракетным двигателем (ТЯРД), использующая D-He3 в качестве источника топлива. По её расчётам, такая система может прибыть в систему Проксимы Центавра и начать вращаться вокруг целевой планеты примерно через 57 лет, что не так уж плохо для межзвёздной миссии 500-килограммового космического корабля. Но, как бы то ни было, все эти исследования носят исключительно теоретический характер, по крайней мере, пока. Мы ещё не провели успешных испытаний ни одной концепции термоядерного привода, о которой идёт речь в статье, и даже доставка такой системы на орбиту потребует значительных технических и политических усилий. Пройдёт немало времени, прежде чем подобная система будет установлена на межзвёздном корабле, но в принципе это может произойти ещё до окончания карьеры Лутц.
Источник: habr.com