Оригинал взят у ![]()
fonzeppelinв Межзвездный прорыв Стивена Хокинга
fonzeppelinв Межзвездный прорыв Стивена ХокингаЕдва ли найдется интересующийся космонавтикой человек, который никогда не слышал о Стивене Хокинге, знаменитом астрофизике и теоретике, пропагандисте идей космической экспансии Человечества. Но вот подробности его последнего проекта - программы "Прорыв" - в нашем секторе интернета известны не так хорошо (а ведь именно Россия, усилиями Юрия Мильнера, играет ключевую роль в финансировании программы!).
Вкратце - Стивен Хокинг сформулировал грандиозный десятилетний (10+) план поиска признаков активности внеземных цивилизаций, установления контакта с таковыми в случае обнаружения, и - в перспективе - посылки миниатюрных зондов в межзвездное пространство, способных за пару десятилетий добраться до ближайших к Солнцу звездных систем.
Программа осуществляется под руководством:
* Фрэнка Дрэйка - председателя совета и автора программы поиска внеземного разума SETI.
* Энн Дринн - автора и дизайнера "сообщения "Вояджера"", золотой пластинки с записями для внеземных цивилизаций, установленной на зондах серии "Вояджер".
* Мартина Риса - королевского астронома Великобритании.
* Эндрю Симиона - одного из ведущих специалистов по поиску признаков существования внеземной жизни.
* Дэна Вертаймера - основателя и координатора добровольческой сети обработки информации SETI@home, занимающейся поиском в записях межзвездного излучения сигналов искусственного происхождения.
* Питера Уордена - главы призового комитета.
Российский миллиардер Юрий Милнер выделил 100 миллионов долларов на финансирование первой стадии программы и концептуальные проработки по двум остальным.
I: Прорывное Прослушивание ("Breakthrough Listen")
![]()
Антенна радиотелескопа Грин Бэнк.
Целью этой десятилетней программы является поиск сигналов от внеземных цивилизаций. Сама по себе идея не нова, но еще никогда она не предпринималась с таким размахом. Уже заключены контракты с радиообсерваториями Грин Бэнк (США) и Паркес (Австралия), на 20% и 25% их годового рабочего времени соответственно. Дополнительно, к программе присоединились радиотелескоп FAST (Китай) и оптический "Автоматический Плането-Искатель" (Automated Planet Finder) из Калифорнии, последний ориентируется на поиск возможных лазерных сигналов.
Все это оплаченное время - тысячи часов! - радиотелескопы обсерваторий будут посвящать поиску возможных инопланетных сигналов в диапазоне 1-10 гигагерц (т.е. в "пустом" диапазоне, не нарушаемом возможными помехами земного происхождения)
В качестве целей (по порядку приоритета) для радиообсерваторий были определены, отдельно для северного и отдельно для южного полушария:
* Все звезды (43 штуки) в пределах 5 парсеков от Солнца.
* Тысяча (1000) наиболее интересных звезд всех спектров в пределах 50 парсеков от Солнца.
* Миллион (1000000) наиболее интересных ближайших звезд.
* Центральные регионы по крайней мере 100 ближайших Галактик.
* Экзотические объекты: по двадцать (20) белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр.
Чувствительность используемой аппаратуры достаточна, чтобы засечь фоновое излучение планеты, подобной Земле, в пределах 5 парсеков, и обнаружить направленные источники излучения (подобные радарам) в пределах до 50 парсеков.
![]()
Автоматический плането-искатель. Он может увидеть вашу лазерную указку на орбите Альфы Центавра.
Обработка всех данных осуществляется на общественных началах, при помощи добровольческой сети SETI@Home. Вся база данных проекта изначально доступна в открытом сетевом архиве:
http://www.breakthroughinitiatives.org/OpenDataSearch
- откуда любой пользователь может извлечь данные для самостоятельной обработки. Ведется работа над открытым программным обеспечением, оптимизированным для поиска закономерностей в сигналах. Уже в настоящее время, программа за сутки поставляет больше данных, чем предыдущие проекты SETI - за год, более чем в 10 раз превосходя также по охвату исследуемых астрономических объектов.
II: Прорывное Сообщение ("Breakthrough Message")
Вторая часть проекта сводится к разработке сообщения, которое может быть послано с Земли для установления контакта с обнаруженной цивилизацией. Призовая сумма в миллион долларов для предложившего лучшее сообщение назначена для того, чтобы прилечь интерес к проекту. Сообщение должно "представлять наилучшим образом Землю и Человечество". Авторы проекта объявили, что сообщение будет послано не ранее, чем вопрос установления контакта с инопланетной цивилизацией будет рассмотрен подробным образом ведущей мировой научной и политической общественностью.
III: Прорывной Звездный Выстрел ("Breakthrough Starshot")
Третья - и самая амбициозная - часть проекта, предполагает отправку автоматических межзвездных аппаратов для изучения ближайших к Земле звезд.
Подробное обсуждение деталей на geektimes.
![]()
Это парус. Сам зонд - крохотная точка в центре.
Авторы проекта исходили из необходимости получить информацию от зондов в течении одного поколения. Поэтому ключевым требованием была способность аппаратов преодолеть 4-5 световых лет не более чем за 20-25 лет земного времени. Что, в свою очередь, требовало развить релятивистские скорости порядка 20% световой - на несколько порядков больше, чем достигнутые современными космическими аппаратами.
В качестве решения этой (и ряда других) проблем авторы проекта предложили идею нано-зонда. Ультраминиатюрный космический аппарат должен иметь массу всего в несколько грамм. Разумеется, такие размеры не позволяют смонтировать на нем какую-либо значимую силовую установку, но зато позволяют использовать концепцию "лазерного паруса" - т.е. разгонять зонд давлением фотонов луча мощного лазера. Выгодность этой концепции в том, что "двигатель" - то есть лазерная установка - остается на Земле, не разгоняется вместе с кораблем, и, соответственно, не имеет принципиальных ограничений по мощности и массе, а сам корабль не должен вообще нести запаса топлива и реактивной массы. Недостаток - в крайне слабой тяге подобного двигателя, что делает его экономически целесообразным только для миниатюрных аппаратов.
Эскизный проект аппарата, получившего название "Звездный чип" ("StarChip") был представлен в 2016 году. Это крайне миниатюрная система, массой всего около 10 грамм. Аппарат состоит из:
* Лазерного паруса площадью не более 16 квадратных метров (4x4), изготовленного из композита на основе графена. Парус должен принимать луч наземного лазера, и разгонять аппарат фотонным давлением. Материал паруса должен быть одновременно и крайне легким, и обладать чрезвычайно высокой отражающей способностью - чтобы сконцентрированное на нем излучение плотностью 62,5 киловатт на квадратный сантиметр, не разрушило парус.
* Миниатюрной "атомной батарейки" - радиоизотопного генератора на плутонии-238 или амерции-241.
* Четырех маневровых фотонных ускорителей - по сути дела, сверхминиатюрных диодных лазеров, мощностью не более 1 ватта каждый. Несмотря на минимальную мощность, они позволят выполнять элементарное маневрирование и поддерживать ориентацию аппарата. Они также могут быть использованы как система обратной связи: возможности оптического телескопа "Automated Planet Finder" позволяют ему наблюдать излучение 100 ваттного лазера (т.е. скоординированную работу сотни зондов) на удалении в 4,5 световых лет.
* Четырех управляющих микропроцессоров.
* Четырех сверхминиатюрных видеокамер, с разрешением 2 мегапикселя каждая. Предполагается, что такого разрешения хватит для изучения планетарной системы, сквозь которую будут проходить аппараты, и даже отдельных форм планетарного рельефа.
* Защитного покрытия из бериллиево-медного сплава, для защиты аппарата от субсветовых столкновений с атомами водорода. Разумеется, такое покрытие минимальной толщины не сумеет защитить зонд от риска соударения с пылевой частицей, но эту проблему предполагается решить запуском одновременно большого числа - тысячи (1000) аппаратов, из которых хотя бы часть сумеет выполнить задачу миссии.
![]()
Артистическое представление сегмента массива наземных лазеров.
В качестве разгонной установки предполагается использовать наземный массив из десяти миллионов серийных 10-киловаттных лазеров, развивающий суммарную мощность в 100 гигаватт. Хотя такая мощность и выглядит значительной, на практике она не превосходит возможностей энергетики развитых держав. По расчетам, 10 минут 100-гигаваттного излучения будет достаточно чтобы разогнать нано-зонд до 20% скорости света - что позволит ему преодолеть расстояние до системы Проксима Центавра за 20 лет. Торможение зонда у цели не планируется, миссия должна быть пролетной, т.е. зонды проследуют сквозь систему на скорости в 20% световой, выполнив по дороге наблюдения планетарной системы и передав данные обратно на Землю. На возвращение сигнала уйдет еще 4,5 лет - то есть в сумме, вся миссия займет около 25 лет.
Разумеется, набор технических вызовов впечатляет:
http://www.breakthroughinitiatives.org/Challenges/3
Но ни одна из проблем не является принципиально неразрешимой (хотя для ряда из них потребуется существенное улучшение доступных сейчас технологий).
Согласно предварительной оценке, общая стоимость программы не превзойдет 40-50 миллиардов долларов, основная часть которых будет затрачена на разработку необходимых технологий и создание наземного лазерного массива с инфраструктурой питания.
Заключение:
На данный момент программа "Прорыв" представляет собой самый комплексный и рациональный подход к межзвездным коммуникациям, когда-либо доселе сформулированный. Программа ставит рациональные цели полностью в рамках возможностей существующих и ближайше-перспективных технологий: радиоастрономию для поиска следов внеземных цивилизаций, общественную обработку информации усилиями добровольцев (предоставляющих ресурсы своих ПК для таковой), и даже итоговая цель программы - отправка зондов к ближайшим звездам - является хотя и ресурсоемким и масштабным, но вполне посильным для развитых наций предприятием, причем способным обеспечить возвращение научной информации в течении всего пары десятилетий. Для сравнения, миссия "Вояджер-1" продолжается уже более 40 лет; так что двадцать пять лет для проекта "Старчип" не являются чем-то немыслимым.
Вкратце - Стивен Хокинг сформулировал грандиозный десятилетний (10+) план поиска признаков активности внеземных цивилизаций, установления контакта с таковыми в случае обнаружения, и - в перспективе - посылки миниатюрных зондов в межзвездное пространство, способных за пару десятилетий добраться до ближайших к Солнцу звездных систем.
Программа осуществляется под руководством:
* Фрэнка Дрэйка - председателя совета и автора программы поиска внеземного разума SETI.
* Энн Дринн - автора и дизайнера "сообщения "Вояджера"", золотой пластинки с записями для внеземных цивилизаций, установленной на зондах серии "Вояджер".
* Мартина Риса - королевского астронома Великобритании.
* Эндрю Симиона - одного из ведущих специалистов по поиску признаков существования внеземной жизни.
* Дэна Вертаймера - основателя и координатора добровольческой сети обработки информации SETI@home, занимающейся поиском в записях межзвездного излучения сигналов искусственного происхождения.
* Питера Уордена - главы призового комитета.
Российский миллиардер Юрий Милнер выделил 100 миллионов долларов на финансирование первой стадии программы и концептуальные проработки по двум остальным.
I: Прорывное Прослушивание ("Breakthrough Listen")
Антенна радиотелескопа Грин Бэнк.
Целью этой десятилетней программы является поиск сигналов от внеземных цивилизаций. Сама по себе идея не нова, но еще никогда она не предпринималась с таким размахом. Уже заключены контракты с радиообсерваториями Грин Бэнк (США) и Паркес (Австралия), на 20% и 25% их годового рабочего времени соответственно. Дополнительно, к программе присоединились радиотелескоп FAST (Китай) и оптический "Автоматический Плането-Искатель" (Automated Planet Finder) из Калифорнии, последний ориентируется на поиск возможных лазерных сигналов.
Все это оплаченное время - тысячи часов! - радиотелескопы обсерваторий будут посвящать поиску возможных инопланетных сигналов в диапазоне 1-10 гигагерц (т.е. в "пустом" диапазоне, не нарушаемом возможными помехами земного происхождения)
В качестве целей (по порядку приоритета) для радиообсерваторий были определены, отдельно для северного и отдельно для южного полушария:
* Все звезды (43 штуки) в пределах 5 парсеков от Солнца.
* Тысяча (1000) наиболее интересных звезд всех спектров в пределах 50 парсеков от Солнца.
* Миллион (1000000) наиболее интересных ближайших звезд.
* Центральные регионы по крайней мере 100 ближайших Галактик.
* Экзотические объекты: по двадцать (20) белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр.
Чувствительность используемой аппаратуры достаточна, чтобы засечь фоновое излучение планеты, подобной Земле, в пределах 5 парсеков, и обнаружить направленные источники излучения (подобные радарам) в пределах до 50 парсеков.
Автоматический плането-искатель. Он может увидеть вашу лазерную указку на орбите Альфы Центавра.
Обработка всех данных осуществляется на общественных началах, при помощи добровольческой сети SETI@Home. Вся база данных проекта изначально доступна в открытом сетевом архиве:
http://www.breakthroughinitiatives.org/OpenDataSearch
- откуда любой пользователь может извлечь данные для самостоятельной обработки. Ведется работа над открытым программным обеспечением, оптимизированным для поиска закономерностей в сигналах. Уже в настоящее время, программа за сутки поставляет больше данных, чем предыдущие проекты SETI - за год, более чем в 10 раз превосходя также по охвату исследуемых астрономических объектов.
II: Прорывное Сообщение ("Breakthrough Message")
Вторая часть проекта сводится к разработке сообщения, которое может быть послано с Земли для установления контакта с обнаруженной цивилизацией. Призовая сумма в миллион долларов для предложившего лучшее сообщение назначена для того, чтобы прилечь интерес к проекту. Сообщение должно "представлять наилучшим образом Землю и Человечество". Авторы проекта объявили, что сообщение будет послано не ранее, чем вопрос установления контакта с инопланетной цивилизацией будет рассмотрен подробным образом ведущей мировой научной и политической общественностью.
III: Прорывной Звездный Выстрел ("Breakthrough Starshot")
Третья - и самая амбициозная - часть проекта, предполагает отправку автоматических межзвездных аппаратов для изучения ближайших к Земле звезд.
Подробное обсуждение деталей на geektimes.
Это парус. Сам зонд - крохотная точка в центре.
Авторы проекта исходили из необходимости получить информацию от зондов в течении одного поколения. Поэтому ключевым требованием была способность аппаратов преодолеть 4-5 световых лет не более чем за 20-25 лет земного времени. Что, в свою очередь, требовало развить релятивистские скорости порядка 20% световой - на несколько порядков больше, чем достигнутые современными космическими аппаратами.
В качестве решения этой (и ряда других) проблем авторы проекта предложили идею нано-зонда. Ультраминиатюрный космический аппарат должен иметь массу всего в несколько грамм. Разумеется, такие размеры не позволяют смонтировать на нем какую-либо значимую силовую установку, но зато позволяют использовать концепцию "лазерного паруса" - т.е. разгонять зонд давлением фотонов луча мощного лазера. Выгодность этой концепции в том, что "двигатель" - то есть лазерная установка - остается на Земле, не разгоняется вместе с кораблем, и, соответственно, не имеет принципиальных ограничений по мощности и массе, а сам корабль не должен вообще нести запаса топлива и реактивной массы. Недостаток - в крайне слабой тяге подобного двигателя, что делает его экономически целесообразным только для миниатюрных аппаратов.
Эскизный проект аппарата, получившего название "Звездный чип" ("StarChip") был представлен в 2016 году. Это крайне миниатюрная система, массой всего около 10 грамм. Аппарат состоит из:
* Лазерного паруса площадью не более 16 квадратных метров (4x4), изготовленного из композита на основе графена. Парус должен принимать луч наземного лазера, и разгонять аппарат фотонным давлением. Материал паруса должен быть одновременно и крайне легким, и обладать чрезвычайно высокой отражающей способностью - чтобы сконцентрированное на нем излучение плотностью 62,5 киловатт на квадратный сантиметр, не разрушило парус.
* Миниатюрной "атомной батарейки" - радиоизотопного генератора на плутонии-238 или амерции-241.
* Четырех маневровых фотонных ускорителей - по сути дела, сверхминиатюрных диодных лазеров, мощностью не более 1 ватта каждый. Несмотря на минимальную мощность, они позволят выполнять элементарное маневрирование и поддерживать ориентацию аппарата. Они также могут быть использованы как система обратной связи: возможности оптического телескопа "Automated Planet Finder" позволяют ему наблюдать излучение 100 ваттного лазера (т.е. скоординированную работу сотни зондов) на удалении в 4,5 световых лет.
* Четырех управляющих микропроцессоров.
* Четырех сверхминиатюрных видеокамер, с разрешением 2 мегапикселя каждая. Предполагается, что такого разрешения хватит для изучения планетарной системы, сквозь которую будут проходить аппараты, и даже отдельных форм планетарного рельефа.
* Защитного покрытия из бериллиево-медного сплава, для защиты аппарата от субсветовых столкновений с атомами водорода. Разумеется, такое покрытие минимальной толщины не сумеет защитить зонд от риска соударения с пылевой частицей, но эту проблему предполагается решить запуском одновременно большого числа - тысячи (1000) аппаратов, из которых хотя бы часть сумеет выполнить задачу миссии.
Артистическое представление сегмента массива наземных лазеров.
В качестве разгонной установки предполагается использовать наземный массив из десяти миллионов серийных 10-киловаттных лазеров, развивающий суммарную мощность в 100 гигаватт. Хотя такая мощность и выглядит значительной, на практике она не превосходит возможностей энергетики развитых держав. По расчетам, 10 минут 100-гигаваттного излучения будет достаточно чтобы разогнать нано-зонд до 20% скорости света - что позволит ему преодолеть расстояние до системы Проксима Центавра за 20 лет. Торможение зонда у цели не планируется, миссия должна быть пролетной, т.е. зонды проследуют сквозь систему на скорости в 20% световой, выполнив по дороге наблюдения планетарной системы и передав данные обратно на Землю. На возвращение сигнала уйдет еще 4,5 лет - то есть в сумме, вся миссия займет около 25 лет.
Разумеется, набор технических вызовов впечатляет:
http://www.breakthroughinitiatives.org/Challenges/3
Но ни одна из проблем не является принципиально неразрешимой (хотя для ряда из них потребуется существенное улучшение доступных сейчас технологий).
Согласно предварительной оценке, общая стоимость программы не превзойдет 40-50 миллиардов долларов, основная часть которых будет затрачена на разработку необходимых технологий и создание наземного лазерного массива с инфраструктурой питания.
Заключение:
На данный момент программа "Прорыв" представляет собой самый комплексный и рациональный подход к межзвездным коммуникациям, когда-либо доселе сформулированный. Программа ставит рациональные цели полностью в рамках возможностей существующих и ближайше-перспективных технологий: радиоастрономию для поиска следов внеземных цивилизаций, общественную обработку информации усилиями добровольцев (предоставляющих ресурсы своих ПК для таковой), и даже итоговая цель программы - отправка зондов к ближайшим звездам - является хотя и ресурсоемким и масштабным, но вполне посильным для развитых наций предприятием, причем способным обеспечить возвращение научной информации в течении всего пары десятилетий. Для сравнения, миссия "Вояджер-1" продолжается уже более 40 лет; так что двадцать пять лет для проекта "Старчип" не являются чем-то немыслимым.