Лучший способ покинуть Солнечную систему — это подлететь к солнцу в неудобной близости.

Ранее мы сообщали о концептуальной миссии, известной как «Межзвездный зонд».

Эта амбициозная миссия посетит межзвездную среду на расстоянии около 1000 астрономических единиц от Солнца.

Но как именно зонд доберется туда в разумные сроки?

“Вояджеру” потребовалось 35 лет, чтобы преодолеть менее 10% этого расстояния.

Ответ может заключаться в старой технологии, получившей новую жизнь благодаря достижениям в материаловедении, — солнечной тепловой двигательной установке.

В настоящее время НАСА помогает разработать эту систему, финансируя исследование концепции в рамках своей программы NASA Innovative Advanced Concepts.

Доктор Джейсон Бенкоски, ученый-материаловед и один из членов команды межзвездного зонда в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса, получит 175 000 долларов на изучение своей концепции обновленного солнечного экрана и солнечной тепловой двигательной установки.

Основная концепция межзвездного зонда проста: заставить космический корабль двигаться на несколько порядков быстрее, чем любой другой искусственный объект.

Но это гораздо легче сказать, чем сделать.

Сам «Вояджер» использовал гравитационную рогатку и несколько орбит с использованием техники, называемой «маневр Оберта». Interstellar Probe будет использовать аналогичный маневр, только вокруг гораздо большей цели — Солнца.

Во время маневра Оберта космический корабль на орбите вокруг объекта запускает свою двигательную установку в течение периода своей орбиты, когда он достигает максимальной скорости, известного как перицентр.

Это происходит, когда космический корабль находится на максимальном сближении с объектом, и чем ближе сближение, тем быстрее происходит разгон по орбите.

Обычно, если фокальной точкой орбиты является Юпитер или другая планета, такое близкое сближение не слишком опасно. Но если фокальной точкой является Солнце, расчеты резко меняются.

Чем ближе космический корабль сможет подобраться к Солнцу, тем больше он выиграет от маневра Оберта.

Однако большинство материалов, которые можно было бы использовать в качестве теплозащитного экрана, плавились бы под действием излучения, испускаемого на расстояниях, которые могли бы отправить Межзвездный Зонд в межзвездное пространство. Во всяком случае, до сих пор.

Доктор Бенкоски разработал новое решение этой проблемы. Его команда разработала тип теплозащитного экрана со встроенными в него небольшими каналами. Затем эти каналы будут заполнены водородом и подключены к выхлопному соплу.

Когда тепловой экран делает свое дело и пытается отвести тепло, он поглощает от Солнца, водород внутри каналов нагревается и вытесняется из выхлопного сопла.

Этот выхлоп является жизненно важной особенностью двигательной установки, и поэтому этот тепловой экран также может быть удвоен, известный как солнечная тепловая двигательная установка.

Первоначально разработанные в 1960-х годах, эти системы считались неосуществимыми из-за тепловых ограничений материалов, доступных в то время. Но материаловедение значительно продвинулось за последние 60 лет, и доктор Бенкоски и его команда думали, что могут добиться большего.

Так они и сделали. Они взяли модифицированный грузовой транспортный контейнер, оснащенный блоками светодиодов, которые светят в 20 раз ярче, чем Солнце на Земле.

Первоначально он был разработан для имитации солнечной среды, в которой Parker Solar Probe находится в настоящее время.

Но также было бы полезно проверить любой будущий межзвездный зонд, пытающийся выполнить маневр Оберта вблизи Солнца. Доктор Бенкоски и его команда разработали лист тестового материала теплозащитного экрана размером 20 см x 20 см с водородными каналами, подключенными к выхлопному соплу. Ранее такая тестовая установка моделировалась только теоретически, и многие сомневались, что ее физическое воплощение сработает.

Но это сработало. Как и ожидалось, высокотемпературный водород выталкивался из выхлопного сопла, и при этом возникала измеримая тяга.

Это отличное доказательство концепции, но любая миссия должна значительно расширяться и решать другие технические проблемы, пока она это делает.

Одна из этих проблем относительно проста для количественной оценки и находится в центре внимания исследования I фазы NIAC: какое топливо даст наилучший результат в этой новой солнечной тепловой двигательной установке.

В предложении NIAC упоминаются шесть возможных видов топлива, от лития до воды.

Также были включены аналитические модели физических свойств, таких как удельный импульс и полная масса системы, которую она может иметь и при этом развивать скорость до 10 а.е./год.

Эта скорость затмевает “Вояджер” (3,6 а.е./год) и даже ракету системы космического запуска, использующую аналогичный маневр Оберта на Юпитере (8 а.е./год).

Такие скорости позволили бы исследовать множество потенциальных целей исследования, в том числе некоторые из 130 известных карликовых планет во внешней солнечной системе или межзвездной среде, которая простирается до первоначальной цели в 1000 а.е., поставленной командой межзвездного зонда.

Независимо от цели, продвижение этой технологии приветствуется всеми, кто интересуется высокоскоростным перемещением по Солнечной системе.

Программа Фазы I NIAC длится девять месяцев, после чего доктор Бенкоски и его команда могут подать заявку на двухлетний грант Фазы II для дальнейшего уточнения концепции.

Независимо от того, получат они Фазу II или нет, теперь, когда идея была обнародована, это, несомненно, не последнее, что мы услышим о солнечных тепловых двигательных установках.

Автор Энди Томасвик.

Источник: Вселенная сегодня.