Команда исследователей из NASA и Университета Джонса Хопкинса пробует укротить энергию Солнца, чтобы использовать ее для космических аппаратов нового поколения, способных преодолевать межзвездное пространство. С их помощью они надеются лучше понять, что находится за границей гелиосферы.

До сих пор только два космических аппарата — зонды «Вояджер» 1 и 2 покинули пределы Солнечной системы, хотя это и не было их основной задачей. Ни один из них не оснащен нужными инструментами для изучения границы между нашей звездной системой и остальной Вселенной. Кроме того, у зондов-близнецов очень низкая скорость — около 50 000 км/ч. На то, чтобы преодолеть гелиосферу, им понадобилось более полувека.

В 2019 году агентство NASA обратилось к Лаборатории прикладной физики (APL) Университета Джонса Хопкинса с идеей разработки межзвездной миссии. К концу следующего года команда должна представить результаты работы на конференции, где будут определены научные приоритеты по изучению Солнца на ближайшие 10 лет, сообщает Ars Technica.

Ученые APL занимаются всеми аспектами миссии, от бюджета до оборудования, но самая крупная и важная задача, стоящая перед ними — понять, как добраться до межзвездного пространства за разумное время. Они работают над двигателем, способным доставить зонд за пределы Солнечной системы, на 80 млрд км, в два раза быстрее, чем «Вояджер» добрался до ее границы.

«Мы хотим создать космический корабль, который полетит быстрее, дальше и подойдет к Солнцу ближе, чем все, что было до него, — заявил Джейсон Бенконски, руководитель проекта. — Это самое сложное из того, что в принципе можно сделать».

В середине ноября исследователи проекта «Межзвездный зонд» встретились на онлайн-конференции, чтобы сообщить о достигнутом прогрессе в разработке солнечного теплового движителя — наиболее быстрого способа, как они полагают, долететь до границ гелиосферы. По мнению Бенконски, такой двигатель будет в три раза эффективнее, чем самый лучший из современных химических двигателей.

В отличие от традиционного двигателя, установленного на конце ракеты, солнечный тепловой двигателей должен быть интегрирован в щит корабля. Жесткая и плоская оболочка из черной карбоновой пены с одной стороны будет покрыта белым отражающим материалом. Внешне это выглядит как тепловой щит зонда «Паркер«. Важное отличие в том, что внутри спрятан извилистый трубопровод. Если межзвездный зонд подходит близко в Солнцу и нагнетает водород в трубы, газ начнет расширяться и взрываться, вырываясь из сопла и генерируя тягу.

Это всего лишь теория, которую крайне сложно проверить на практике. Такая ракета будет эффективна только если сможет совершить маневр Оберта — трюк из орбитальной механики, превращающий Солнце в гигантскую пращу. Чем ближе аппарат подходит к звезде, тем быстрее разгонится.

По замыслу, межзвездный зонд должен будет ускориться с 50 000 км/ч д примерно 300 000 км/ч за один оборот вокруг Солнца. Это значит, что он должен будет подойти очень близко и в течение 2,5 часов испытывать температуру около 2500 градусов Цельсия.

Прогресс в материаловедении и 3D-печати металла позволяет исследователям постепенно преодолевать трудности, стоящие на пути воплощения солнечного теплового двигателя. Бенкоски уверен, что его команда станет первой, кто продемонстрирует прототип. Во время экспериментов они уже показали возможность генерирования тяги при помощи солнечного света, нагревающего газ в трубках теплового щита. Данные низкотемпературного испытания совпали с моделью, предсказывающей поведение реального зонда.

«Мы сделали это на системе, которая никогда не полетит, — пояснил Бенкоски. — А теперь второй шаг. Мы начнем заменять каждый из компонентов на то, что будет в настоящем космическом аппарате, выполняющем маневр Оберта».