В апреле этого года группа бизнесменов и ученых, включая Стивена Хокинга, объявила об амбициозном проекте по исследованию межзвездного пространства с помощью компактного наноспутника размером с почтовую марку, работающего на базе лазерной тяги. Цель: добраться до ближайшего соседа Солнечной системы – Альфы Центавра.
Если этот крошечный космический аппарат удастся разогнать почти до планируемой 1/5 скорости света, то добраться до пункта назначения кораблю удастся всего за 20 лет. Но сможет ли электроника такого крошечного и хрупкого аппарата проработать в течение 20 лет в условиях сурового космоса?
Самой главной проблемой, с которой придется столкнуться проекту Breakthrough Starshot Хокинга, по мнению исследователей из NASA и Корейского института науки и технологии, является космическая радиация.
Как и в случае с астронавтами, космическому кораблю придется ежесекундно испытывать колоссальное воздействие высокозаряженных частиц, которые могут вызывать серьезные повреждения в слое диоксида кремния, которым будет покрыт космический аппарат. При таком раскладе все внутренние компоненты аппарата выйдут из строя задолго до окончания 20-летнего космического путешествия.
Как же решить эту проблему? Одним из вариантов, по мнению ученых из NASA, может являться прокладка маршрута вокруг наиболее опасных участков, где концентрация радиационного фона гораздо выше обычного уровня. Однако в этом случае длительность миссии может многократно возрасти. Кроме того, даже минимальное воздействие излучения со временем обязательно приведет к некоторым серьезным повреждениям космического аппарата.
Другим, более практичным вариантом может являться экранирование зонда и его электроники в надежде на снижение воздействия губительного космического радиационного фона. Однако, опять же, добавление дополнительного веса космическому аппарату замедлит скорость выполнения миссии, так как более крупный аппарат не удастся разогнать до нужных скоростей.
Однако есть и третий способ, который может сработать, если мы сможем построить нанокорабль, способный самостоятельно восстанавливаться от воздействия космической радиации на пути к Альфе Центавра.
«На самом деле технология самовосстановления чипов существует уже не один год», — говорит исследователь NASA Джин Ву Хан.
Вопрос могут решить экспериментальные транзисторы GAA FET (gate-all-around), разработанные международной командой ученых. Их особенность заключается в том, что чипы на базе этих транзисторов могут восстанавливаться под воздействием тепла. Генерировать тепло, в свою очередь, можно будет с помощью электрического тока. Основная идея связана с тем, что подобный чип, находящийся внутри космического аппарата, будет выключаться во время долгого космического путешествия каждые несколько лет. В моменты таких «перезагрузок» воздействие тепла будет его восстанавливать от последствий воздействия радиации. После восстановления чип будет заново включаться и продолжать выполнять свою работу.
В лабораторных тестах этих транзисторов ученые убедились, что флеш-память на их базе при нагреве может быть восстановлена до 10 000 раз, а DRAM-память – до 1012 раз. Разумеется, с точки зрения перспективы использования в космических кораблях на данный момент эти транзисторы являются пока гипотетическим решением. Как уже говорилось выше, транзисторы экспериментальные. Необходим свежий и сторонний взгляд на их эффективность. Однако создавшая их команда считает, что их использование в подобных Breakthrough Starshot космических миссиях действительно возможно.
Конечно же, решение проблемы работы электроники в сложных условиях – это лишь часть более масштабной головоломки. Если крошечный космический аппарат действительно отправится навстречу к Альфе Центавра, то ему придется бороться не только с радиацией. Столкновения с космическим газом и пылью будут нести не меньшую опасность в этом путешествии.
Ранее в этом году научная группа проекта Breakthrough Starshot начала проведение серии экспериментов на определение всех возможных рисков и обнаружила, что столкновение такого крошечного корабля даже с частичками космической пыли будут катастрофическими. А это означает, что необходимо опять возвращаться к вопросу защитного экранирования аппарата.
Перед тем как проект станет реальностью, потребуется провести колоссальную работу. И не только инженерную, но и научную. Однако в конечном итоге все усилия могут оказаться ненапрасными. Сама идея, скорее даже не идея, а вполне реальное желание – достичь звезды за пределами Солнечной системы за 20 лет — должна не только поражать, но и невероятно мотивировать. Как первого, так и второго у современной науки, к счастью, в избытке.
