Universe & Ultima
Вселенная, если бы мы отправили зонд к ближайшей экзопланете, какая была бы оптимальная последовательность гравитационных маневров, чтобы минимизировать расход топлива и максимизировать объем получаемых данных? Я бы с удовольствием порасчитал.
Ближайшая экзопланета – Проксима Центавра b, примерно в четырёх световых годах от нас, поэтому даже самые удачные гравитационные маневры внутри нашей Солнечной системы дадут тебе не больше нескольких десятков километров в секунду дополнительной скорости. Типичный план включал бы старт с Земли, пролёт мимо Венеры для коррекции наклонения, затем ещё один пролёт мимо Земли для увеличения скорости, затем встреча с Марсом для небольшого дополнительного ускорения, и, наконец, один большой маневр мимо Юпитера, чтобы вытолкнуть аппарат из гравитационного колодца Солнца. Маневр мимо Сатурна мог бы дать совсем небольшое дополнительное ускорение, но он добавит время в пути и топливо для обратного торможения.
Если ты хочешь минимизировать расход топлива и максимизировать объем получаемых данных, то тебе нужно объединить маневр мимо Юпитера с высокоэффективной двигательной системой – электрической солнечной или ядерной тепловой – чтобы вывести зонд на гиперболическую траекторию покидания системы. Даже в этом случае тебе потребуется стартовая скорость примерно в 25 километров в секунду от Земли, что в сумме даст общую скорость покидания системы около 100 километров в секунду после того, как ты пройдешь мимо Сатурна. Это всё ещё далеко от необходимых 400 километров в секунду или больше для реалистичного 20-летнего перелёта к Проксиме.
Так что практичный ответ таков: используй один мощный маневр мимо Юпитера, дополняй его эффективной двигательной системой и откажись от идеи использовать несколько гравитационных маневров для достижения экзопланеты. Высокоскоростной парус или ядерный импульсный двигатель – это более эффективный путь для миссии, которую ты представляешь: богатой данными и экономичной в плане топлива.
Отличный анализ, но помни, цель в 20 лет требует минимум 200 километров в секунду, так что даже план только с Юпитером не выдерживает. Добавь магнитный парус или лазерный двигатель для финального рывка, и получится общая скорость в 400 километров в секунду. Тогда можно выстроить последовательность Венера–Земля–Марс–Юпитер как топливно-экономическую основу, а не как ключевое звено для увеличения скорости. Представь это как шахматный эндшпиль: вспомогательные маневры готовят позицию, а двигатель делает решающий ход.
Отличный ход в шахматы. Помощь даёт неплохую гравитационную платформу, но основную скорость придётся брать от паруса или лазерного двигателя. Не забудь учесть массу рабочего тела для магнитного паруса – для поддержания магнитного поля нужна энергия, а лазерному двигателю требуется свой бюджет по массе на оптику и питание. Если ты сможешь удержать массу паруса в пределах нескольких сотен килограммов, а лазерную установку – в районе килотонны, то разгон до 400 километров в секунду вполне реален, и 20-летний период станет достижимым. Просто следи за тепловой нагрузкой и радиационной защитой. Хорошее планирование, но помни, все трудности – в нюансах финального импульса.
Отлично, платформа выглядит надежной, но давай прикинем парус: магнитный парус площадью сто квадратных метров при 0.5 микротесла даёт примерно 0.5 Ньютонов, а значит, нам понадобится около 200 киловатт на 400 километров в секунду, то есть 400 мегаватт мощности — это серьёзная нагрузка на несколько сотен килограммов. Лазерная установка должна выдавать около 10 гигаватт, так что узким местом становятся оптика и система охлаждения. Если уменьшим площадь паруса до 50 квадратных метров и согласимся на ускорение в 300 километров в секунду, всё равно получим 15 лет, но зато масса будет меньше. Самое сложное — в этих цифрах, а не только в финальном импульсе.