Астрофизик Вячеслав Турышев рассказал, как добраться до солнечной гравитационной линзы

Для реализации миссии в рамках 20 лет аппарату необходимо поддерживать скорость 154 км/с. Зонд Parker Solar Probe разгонялся до 192 км/с, но делал это лишь на короткое время в момент максимального сближения с Солнцем. Традиционные химические ракеты не способны обеспечить такую скорость на протяжении всего полета.

Решением может стать объединение двух ядерных технологий. Турышев предлагает использовать гибридную систему, которая совмещает ядерный тепловой и ядерный электрический двигатели. Оба используют один и тот же реактор деления. Ядерный тепловой двигатель работает похоже на химическую ракету: реактор нагревает жидкое топливо (например, водород) и выбрасывает его для создания мощной тяги. Этот режим аппарат использует для гравитационного маневра Оберта — разгона в непосредственной близости от Солнца.

После набора скорости система переключается на ядерный электрический двигатель. Он преобразует тепло реактора в электричество для питания высокоэффективных ионных ускорителей. Такая тяга слабее, но работает годами и позволяет постепенно наращивать скорость во время круиза. По расчетам ученого, гибридная система позволит достичь цели менее чем за 20 лет.

Ученый также рассмотрел вариант использования солнечного паруса. Этот метод теоретически позволяет добраться до линзы за 20–30 лет за счет давления солнечного света и гравитации. Однако для необходимого разгона парусу нужно подойти к Солнцу на расстояние 0,05 астрономической единицы. Существующие материалы не выдержат такого нагрева. Кроме того, на удалении 650 астрономических единиц солнечной энергии не хватит для питания телескопа. Аппарату придется нести на борту собственный источник энергии, например радиоизотопный генератор. Это утяжелит конструкцию и сделает парус неэффективным.

Инженеры рассчитали, за сколько лет зонд с солнечным парусом долетит до Меркурия

Использование только ядерного электрического двигателя без тепловой ступени также возможно, но займет больше времени. Корабль весом 20 тонн с полезной нагрузкой 800 кг долетит до цели за 27–33 года. Преимущество этого метода в том, что реактор сможет питать научные приборы и корректировать орбиту. Главной инженерной проблемой остается отвод тепла: для охлаждения реактора в вакууме потребуются радиаторы огромной площади, которые сложно уместить под обтекателем ракеты-носителя.

Миссия к гравитационной линзе имеет особенность, которая отличает ее от работы орбитальных телескопов. Аппарат не будет тормозить по прибытии. Он продолжит движение вдоль фокальной линии линзы еще на 300 астрономических единиц и будет собирать данные на лету. Это избавляет инженеров от необходимости тратить топливо на торможение.

У такой схемы есть строгое ограничение. Эффект линзирования работает только если аппарат, Солнце и наблюдаемая экзопланета выстроены в одну линию. Зонд не сможет изменить курс, чтобы посмотреть на другую планетную систему. Ученым придется заранее выбрать одну цель с максимальной точностью. Если на планете не окажется ничего интересного, перенаправить дорогостоящую миссию уже не получится.

На обложке симуляция изображения экзопланеты, которое можно получить с помощью прибора в точке СГЛ. Источник: NASA/JPL-Caltech/Slava Turyshev