Межзвездная миссия миллиардера: взгляд изнутри

Юрий Мильнер потратит 100 млн. долларов на запуск автоматического космического аппарата, который должен долететь до Альфы Центавра не раньше, чем через одно человеческое поколение. Для работы над этим проектом Мильнер привлек Марка Цукерберга и Стивена Хокинга. В интервью The Atlantic Мильнер объясняет, зачем это нужно.

На небосводе Южного полушария есть созвездие, представляющее собой кентавра, вздымающего ноги в махе галопа и сжимающего в руке копье. Одно из его передних копыт обозначено яркой звездой, которая уже долго завораживает наблюдателей своим ярким сиянием, а с недавних пор и своей близостью к нашей планете.

Еще во времена зарождения письменности, а может быть и раньше, люди стали мечтать о путешествиях к звездам. Проще всего было мечтать о путешествии к Альфе Центавра, ближайшей к нам звездной системе. При определённом складе ума кажется, что эта звезда предназначена для того, чтобы сыграть ключевую роль в будущем человечества.

Спустя четыре века после научной революции, мы изобрели множество мощнейших устройств, что позволило Альфе Центавра стать центром внимания. В 1689 году иезуитский священник Жан Ришо наблюдал в телескоп за кометой, которая пролетала мимо созвездия кентавра. Ришо был поражен, увидев, что на копыте кентавра сияют не одна, а две звезды. В 1915 году была обнаружена третья звезда, маленький красный спутник системы из двух солнцеподобных звезд.

Сейчас астрономы ищут планеты, вращающиеся вокруг этих звёзд.

Услышав о том, что Альфа Центавра это ближайшая звёздная система, не стоит предполагать, что она действительно близко. Нас разделяют примерно 40 триллионов километров. Свет от Альфы Центавра мчится к Земле со скоростью 300 000 км/с и, несмотря на это, попадает к нам спустя четыре года.

Аэрокосмические инженеры уже потратили десятилетия на то, чтобы разогнать космические аппараты до сверхскоростей, и достигли успехов. На сегодняшний день наш самый быстрый космический аппарат это New Horizons, который недавно пронесся мимо Плутона. За один день он способен преодолеть 1.6 млн. километров. Но, если бы мы отправили New Horizons к Альфе Центавра, ему потребовались бы десятки тысяч лет, чтобы достичь цели. На нынешнем этапе развития технологий межзвездные путешествия по-прежнему невозможны.

Однако, не исключено, что такие технологии уже на подходе.

Сегодня в полдень на крыше Башни Свободы в Манхэттене российский предприниматель Юрий Мильнер и Стивен Хокинг анонсировали запуск исследовательской программы Starshot общей стоимостью 100 млн. долларов. Программа Starshot станет новым проектом компании Breakthrough Initiatives, учрежденной Мильнером. Помимо Мильнера и Хокинга в совет директоров проекта войдёт Марк Цукерберг. Инвестируя эти немалые деньги, Мильнер рассчитывает на разработку аппарата, который достигнет Альфы Центавра за 20 лет.

«Никто даже не надеялся (и я в том числе), что нечто подобное станет возможным на протяжении нашей жизни», — сказал мне Мильнер в интервью.

Миллиардеры Кремниевой долины славятся своими инвестициями в науку, но даже среди них Мильнер заметно выделяется. Он заработал большую часть своего состояния на рискованных инвестициях в социальные сети, в том числе в 8% IPO Facebook. Но еще будучи молодым человеком, Мильнер зачитывался книгами Айзека Азимова и Карла Сагана. А поступив в МГУ, изучал физику. Когда в 2012 году его инвестиции принесли огромный доход, он стал соучредителем самой крупной премии за достижения в области науки. В рамках премии ежегодно выбираются три победителя, каждый из которых получает 3 млн. долларов, что превышает размер Нобелевской премии более чем в два раза.

Мильнер говорит, что был рожден в космической гонке. В прошлом году он спонсировал один из самых амбициозных и хорошо финансируемых проектов в истории человечества. SETI — проект по поиску разумной жизни среди миллиона ближайших к нам звезд, а также точечного сканирования центра Млечного пути и сотни ближайших галактик.

«Космическая гонка отражена даже в моем имени», — говорит мне Мильнер. Его, как и многих родившихся в 60-е мальчиков, назвали в честь Юрия Гагарина, первого человека побывавшего на орбите.

Сегодня празднуется 55-я годовщина этого исторического полёта в космос. Мильнер отметил этот праздник, анонсировав полет к Альфе Центавра. Штаб-квартира проекта будет располагаться в финансовом центре Кремниевой долины, городе Менло-Парк на улице Сэнд-Хилл-роуд. Ежедневную жизнь проекта будет контролировать Пит Уорден, бывший руководитель одного из крупнейших исследовательских центров NASA.

Мильнер рассчитывает на то, что результатом его 100-миллионного вложения станет прототип космического аппарата, который сможет передавать снимки на Землю. По его словам, снимки будут переданы менее чем через пять лет с того момента, как аппарат достигнет звезд.

Пока что о технических спецификациях ничего не известно, но Мильнер говорит, что у аппарата будет 2-мегапиксельная камера и астропеленгаторы, которые помогут сориентироваться в пространстве, когда он достигнет Альфы Центавра и включит питание. Аппарат направится к одной из солнцеподобных звезд Альфы Центавра и будет искать планету (или планеты) в зоне, пригодной для обитания. Это должна быть умеренная зона без кипящих или замёрзших океанов, но с жидкой водой, в которой может формироваться благоприятная среда для зарождения жизни из сложных химических соединений.

Я спросил Мильнера о том, как будут выглядеть снимки.

«Инженеры обещают, что мы сможем увидеть отдельные континенты», — ответил он.

***По сравнению со Starshot, все предыдущие межзвездные проекты выглядят как карлики перед гигантом. В 2012 году DARPA анонсировало проект с эпичным названием «Столетний космический корабль», но его бюджет, возможно неспроста, составлял всего 1 млн. долларов. В то время большинство межзвездных миссий планировались исключительно теоретически, являлись вершиной мечтаний, или же были слишком дороги в реализации. Стоимость некоторых из них исчислялась триллионами долларов.

Компания Breakthrough Initiatives Мильнера нацелена на финансирование высокорискованных научных проектов с потенциально большой отдачей. Он сообщил, что отклонил несколько спекулятивных проектов, прежде чем выбрать этот. Межзвездный перелет всегда был в его списке, но казался ему непрактичным. Когда он начал изучать концепты миссий, то с удивлением обнаружил активное продвижение концепции «фотонного парусника», огромного куска отражающего материала, который может достичь космических скоростей под давлением мощного лазерного луча.

Идея такого «светового парусника» имеет яркую родословную. В знаменитом письме к Галилею 1610 года, Иоганн Кеплер размышляет о «парусниках, адаптированных к небесным волнам», а в девятнадцатом веке Джеймс Максвелл продемонстрировал, что свет может быть одной из этих волн, потому что свет может толкнуть, так как несет в себе импульс. Жюль Верн зашел настолько далеко, что сказал, что свет — «вероятно, является механической силой», которая вознесет людей к звездам. В течение 20-го века некоторые ученые задумывались над идеей, отчасти потому, что она отбрасывала необходимость в тяжелых бортовых запасах топлива. Некоторые даже детально пытались продумать, как это может быть выполнено.

«Роберт Форвард — ученый, который сформулировал эту идею, и сделал он это с большой ученой строгостью» — рассказал мне Мильнер. Форвард предложил использовать большой сетчатый парус шириной в километр. Он назвал его звездным пучком и представил, что микроволновые лучи могут ускорить его и сделать ближайшие звезды досягаемыми.

«Идея Форварда была элегантна, но неправдоподобна. Чтобы разогнать огромный космический объект таких размеров, потребуется энергия, сопоставимая с энергией всей нашей планеты. Что нам нужно было, так это серьезное уменьшение этого аппарата. И под серьезным я подразумеваю уменьшение на множество и множество порядков. Нам нужно построить космический объект массой в несколько граммов вместе с парусом. Если мы не можем уменьшить его до нескольких граммов, не может идти даже и речи о его полете”, — утверждает Мильнер.

Мильнер говорит о парусе шириной всего в несколько метров. Представьте тонкий диск размером со столешницу обеденного стола. В него встроена миниатюрная электроника, в том числе источник питания, камеры, фотонные двигатели для навигации и лазер для связи. Кое-что из этого комплекта расположено в центре диска, а остальное — на его краях. Но это все составляет единое целое: если бы он пронесся мимо вас, то вы бы подумали, что это сплошной кусок отражателя.

Мильнер хочет запустить небольшой «корабль-матку», заполненный сотнями таких тонких дискообразных зондов. (Он считает, что себестоимость каждого зонда сравнима со стоимостью айфона). Как только материнский корабль достигнет орбиты, она будет выпускать по одному зонду в день. Зонд будет вылетать из недр огромного космического аппарата и использовать свои фотонные двигатели для расположения на пути наземного лазера.

Лазер будет установлен где-то в Южном полушарии. «Нужно будет поместить его где-нибудь высоко в горах», — говорит Мильнер. Толстые слои воздуха в или высокая влажность могут вызвать искажение лазерного луча во время прохождения сквозь атмосферу. «Неплохим местом может стать пустыня Атакама в Чили», — говорит он. Расположенная вдалеке от полюсов, Атакама является самым засушливым местом на Земле. Сухие пики Атакамы вздымаются почти на 5 км над уровнем моря и уже стали целью паломничества для тех, что ищет контакта с космосом — там уже располагаются одни из мощнейших обсерваторий на планете.

В области межзвездных путешествий очень трудно накапливать опыт. На подобные исследования никогда не выделялось крупных сумм, а это означает, что академическая наука не обладает здесь обширным опытом. Однако существует так называемая межзвездная субкультура, небольшое сообщество инженеров и ученых, которые в свободное время теоретизируют о возможных космических миссиях.

Пользующийся популярностью блог Пола Гилстера «Центаврианские мечты» (и комментарии под ним) служит своего рода местом встречи для людей, которым нравится думать о космических путешествиях. Когда я спросил Гилстера о компоненте миссии, касающемся светового паруса, он сказал, что был удивлен, узнав, что Мильнер рассматривает возможность задействовать размещенный на земле лазер. Большинство исследований в области световых парусов рассматривали лазеры, расположенные в космосе, возле Меркурия, где можно легко добыть огромные количества солнечной энергии. В космосе вам не приходится беспокоиться о том, что турбулентность в атмосфере собьет ваш лазер. А также не придется переживать о том, что лазер прожжет дыру в озоновом слое.

Мильнер отказался от идеи размещения лазера в космосе. Он намекнул, что проблема турбулентности будет решена с помощью адаптивной оптики, суперсовременной технологии, которая позволяет обсерваториям производить коррекцию искажений атмосферы в режиме реального времени.

«Люди, которые говорят о размещении лазеров в космосе, не задумываются о вопросах политики и не думают о стоимости такого предприятия», — заявил он. «Никто не даст вам построить что-то, что можно направлять в разные стороны, а это можно сделать в космосе. Это очень большой лазер. Он может причинить достаточно большой ущерб.». На Земле он может быть развёрнут только в некоторых направлениях, и такая схема значительно упрощает проведение инспекций представителями других государств.

(Позже Мильнер мрачно сказал, что один из самых главных вопросов заключается в том, «достаточно ли мы зрелы как цивилизация, чтобы пойти на это». И под «этим» он подразумевал строительство космического корабля, приводимого в действие супероружием.)

Chile’s Atacama Desert is one possible site for the laser (Danielle Pereira)

Мильнер сказал мне, что размещённый на земле лазер мог бы полностью использовать энергию, вырабатываемую на огромной электростанции, функционирующей исключительно для обеспечения этой миссии. Решением могло бы стать создание комплекса солнечных батарей в пустыне Атакама, учитывая, сколько солнечного света приходится на её суровый ландшафт. Чтобы эта схема работала, понадобилось бы создать комплекс, занимающий область протяжённостью в десятки миль, и батарея, достаточно большая для того, чтобы хранить энергию, позволяющую ежедневно стрелять из самой мощной в мире лазерной пушки.

Команде, ответственной за лазер, пришлось бы с большой осторожностью рассчитывать ежедневное время выстрела, чтобы предотвратить уничтожение спутников и самолётов, пролетающих над ней. Предполагается, что после выстрела луч преодолеет атмосферу и врежется в зонд, имеющий форму диска, пинком направляя его к краю Солнечной системы. Спустя всего несколько минут зонд будет двигаться с околосветовой скоростью. Он сможет миновать Марс менее чем через час после запуска. На следующий день он мог бы пронестись мимо Плутона («New Horizons» понадобилось 9 лет, чтобы совершить этот подвиг.). По мере дальнейшего продвижения зонда в глубины Пояса Койпера, от базового аппарата отделится ещё один, который влетит в пределы прямой видимости лазера.

«Если у Вас есть серьезных размеров батарея, установка и электростанция, вероятно, вы сможете совершать по выстрелу ежедневно», — сказал мне Мильнер. — «А потом вы сможете перезарядить и выстрелить ещё раз. Вы можете запускать по зонду в день на протяжении года, и в итоге получите сотни находящихся в пути аппаратов».

Запуская целый поток зондов, вы получаете большее количество информации, а также создаете избыточность. Любое столкновение с межзвёздной пылью стало бы смертельным для тонкого хрупкого диска, путешествующего с космической скоростью. Вероятно, нескольких сотен зондов было бы достаточно, чтобы гарантировать, что один из них достигнет цели, однако об этом нельзя говорить наверняка. Когда я связался с Фриманом Дайсоном, присоединившемуся к проекту Мильнера в качестве советника, он заметил, что мы до сих пор не знаем, что таится в темном пространстве между звездами. Межзвездная среда может быть наполнена космическим мусором, частицами льда, свободнолетящими планетами или другими неизвестными объектами, из-за которых путь к Альфе Центавра может оказаться опаснее, чем ожидалось.

Однако наибольшую обеспокоенность у Дайсона вызывает не это. «Самое сложное — это цельность космического аппарата», — сообщил он мне. — «Вы стреляете в него лазерным лучом огромной мощности, и вопрос сводится к одному: уцелеет ли он?»

Я спросил у Мильнера, как эфемерный, практически невесомый космический аппарат смог бы выдержать выстрел из гигантского лазера. «Вам нужно отразить 99,9% света, иначе он испарится», — ответил он. Существуют способы защитить космический аппарат от луча, однако это слишком трудно сделать, не добавляя слишком много веса.

«Загвоздка всегда в массе», — говорит Андреас Циолас, директор Icarus Interstellar, группы, занимающейся изучением межзвёздных путешествий. — «Во всех виденных мной исследованиях, связанных с лазерной тягой, они приводят размер паруса, не подкреплённый расчётами в области физики или механики. Они прикладывают столько усилий к созданию чего-то размером со стол весом в один грамм, однако когда они добавляют поддержку, вроде троса или куска стали, вес достигает 10 кг».

Циолас рассказал, что в Японии проводятся интересные исследования, включая разработку гибких, похожих на паруса материалов, которые застывают, когда они заряжены, что избавляет от потребности в тяжёлой системе поддержки. Однако он не был уверен в том, могут ли они быть использованы в космосе.

Мильнер признал сложность этих проблем, однако казался уверенным в том, что они будут решены. «Мой опыт в бизнесе сделал меня циником», — говорит он. — «Меня сложно одурачить. Я задавал инженерам и ученым много вопросов. Я пытался доказать, что эта система не будет работать, и не смог этого сделать.»

Мильнер сказал, что представляет себе космический аппарат, весящий всего несколько грамм. Парус будет исключительно тонким, возможно, толщиной всего в несколько атомов. Бизнесмен заявил, что электронные устройства паруса будут уменьшены благодаря «магии закона Мура» (Речь здесь идет не о законе в привычном понимании, а о наблюдении за темпами миниатюризации компьютерных компонентов — прим. Newочём), после чего добавил, что этот закон потребуется «чуточку ускорить» (сейчас он, похоже, замедляется).

Даже если зонд сможет пережить воздействие лазера и путь до Альфы Центавра, стоящие перед ним вызовы на этом не закончатся. К примеру, непонятно, окажется ли там что-то стоящее наблюдения. Существует вероятность, что в обитаемых зонах Альфа Центавра или во всей системе не существует планет. Благодаря продолжающейся революции экзопланет многие астрономы придерживаются точки зрения, что в большинство звёздных систем есть планеты — однако существуют исключения. Некоторые модели системы Альфы Центавра предусматривают, что две ее солнцеподобные звезды создают нестабильное гравитационное окружение, что делает невозможным формирование планет.

В 2012 году этой теории был нанесен мощный удар, когда астрономы решили, что обнаружили каменистую, схожую по размерам с Землей планету, вращающуюся вокруг одной из солнцеподобных звезд Альфы Центавра. Однако в прошлом году новая информация поставила под сомнение это открытие. Последующие исследования застопорились, поскольку две центральные звезды находятся слишком близко друг к другу на своих орбитах, если проводить наблюдения с Земли.

Когда они сливаются, выполнять точные наблюдения для обнаружения планет становится сложно. Хорошая новость в том, что их разделение, которое уже началось, будет совпадать с развертыванием нескольких миссий по обнаружению планет, как на Земле, так и в космосе. До конца десятилетия мы должны узнать, является ли Альфа Центавра домом для миров, вроде нашего.

В лучшем случае мы обнаружим еще один голубой шар, вращающийся вокруг одной из звезд, и отправим зонды Мильнера, чтобы сделать детальные цветные изображения. Однако передать их на Землю будет непростой задачей. Люди никогда не отправляли данные на межзвездные расстояния. Мильнер сообщил, что для связи с Землей зонды будут использовать маленькие лазеры, но такой сигнал ослабеет до того, как дойдет до нас. Возможно, он будет настолько слаб, что заглушится остаточным электромагнитным полем Большого взрыва.

Некоторые исследователи детально рассмотрели концепты миссий, в ходе которых будут расставлены ретрансляционные станции, будто бы след из хлебных крошек, чтобы облегчить межзвездную передачу данных. Однако сложно представить себе осуществимость этого проекта с космическим аппаратом таких размеров.

Когда я беседовал с учеными космического сообщества, все они в один голос твердили, что Милнер поступил мудро, потратив деньги на разработку концепта миссии световых парусов. Единственной упомянутой альтернативой были термоядерные двигатели, но для их создания мы еще должны создать и термоядерный синтез. «Лазерные двигатели — космическая технология с наименьшим количеством неизвестных», — заявил Циолас.

«Прелесть проекта в том, что вы можете начать с малого, а если это сработает, пойти дальше», — уверен Дайсон

Милнер сказал мне, что его команда определила «20 сложностей», с которыми столкнутся инженеры, проектирующие миссию. «Каждая из них может все испортить. Но мы, кажется, нашли разумное решение для каждой из них», — признался он. Он хочет, чтобы финальная готовая к запуску миссия была оценена не менее тщательно, чем другие передовые научные миссии, такие как Большой адронный коллайдер CERN’а или космический телескоп Джеймса Уэбба. Это возможно, но многое будет зависеть от длины и формы этого «прорыва».

«Вот, зачем нужны 100 миллионов долларов. Они нужны для проведения крупных исследований всех этих проблем и попытки убедить самих себя в том, что это возможно сделать за одно поколение»

Команду «Звездного выстрела» ожидает непростая работа, но за них сложно не болеть.

Прежде, чем мы попрощались, я сказал Мильнеру, что миссию достижения Альфы Центавра я считаю одной из важнейших. Только представьте: огромные лазеры на нескольких высотных площадках по всему миру. Один будет на вершине Белых гор в Калифорнии, второй — на краю Гавайских вулканов, третий — в глубинах Австралии, а четвертый — на Южном полюсе.

Ежегодно лазеры будут запускать потоки зондов в сторону все новых звездных систем. Вскоре подобные зонды отправятся ко всем звездам в пределах десяти световых лет пути. А с увеличением радиуса охвата, скорость возврата информации от зондов приблизится к десяткам лет. Но эта задержка принесет необычайный эффект: к концу века непрерывно расширяющаяся сфера окрестной Вселенной проявит себя в живейших деталях, когда ее снимки вернутся с далеких звезд.

Я спросил Мильнера, когда будет возможен запуск миссии такого масштаба, а он лишь засмеялся.

«Возможно, это сделают наши дети», — сказал он.

Автор: Росс Андерсен.
Оригинал: The Atlantic.

Перевели: Никита Пинчук, Денис Пронин и Влада Ольшанская.
Редактировали: Дмитрий Грушин и Артём Слободчиков.