5 mari întrebări despre tehnologia Starshot Nanocraft

Marți, miliardarul rus Yuri Milner și faimoasa astrofizică Stephen Hawking au anunțat planul lor de 100 de milioane de dolari pentru a studia Alpha Centauri, cel mai apropiat sistem de stele al Pământului (la doar 4,37 ani lumină distanță). Scopul, printre numeroasele cercetări științifice diferite, este de a găsi în principiu dacă există străini în gâtul pădurii sau, cel puțin, dacă există planete sau lunete în sistem capabile să susțină viața.

Numit Breakthrough Starshot, proiectul constă în trimiterea de nave spațiale ultra-ușoare (denumite "StarChips") pe drumul spre Alpha Centauri purtate de un fulger de lumină propulsat de un fascicul de lumină de 100 gigawați.

Acesta este doar vârful aisbergului. Întregul plan vine ca un geniu nebun, sau pur și simplu nebun. Cu cît mai mult vă grăbiți, tot mai mult se pare că planul lui Milner și al echipajului său ar putea fi de fapt fezabil.

Acest lucru se datorează faptului că tehnologia pe care o propun nu este de fapt departe de domeniul posibilității. Se întinde cu siguranță imaginația, dar nu o rupe. Tehnologia cu lumini de avertizare luminoasă este deja testată de câteva grupuri de cercetare, inclusiv una organizată de Bill Nye. Creșterea în CubeSats ca un mod eficient de mărime și ieftin de a efectua cercetări spațiale a arătat cu adevărat cât de mult pot fi obținute prin crearea de nave spațiale mai mici și mai ușoare. Nanocraftul, așa cum este așezat de Starshot, este doar un pas logic în această direcție.

Totuși, există mulțime de întrebări care rămân despre modul în care dracu 'Milner, Hawking, și chiar fondatorul Facebook Mark Zuckerberg (un investitor) o vor trage. Iată cele cinci mari întrebări despre tehnologia nanocraft și sistemul de lansare a fasciculului de lumină - și câteva răspunsuri care ar putea oferi o înțelegere.

Grinzi de lumină ca tehnologie de propulsie - vă rugăm să explicați!

The Starshot intenționează să lanseze aceste copii nanocraft nu utilizează combustibil și foc - acesta utilizează lumină și lasere. Lăzile cu intensitate ridicată și concentrate au fost o sursă de intrigi pentru inginerii de propulsie timp de zeci de ani, dar numai recent putem concepe în sfârșit utilizarea unei astfel de tehnologii în mai multe aplicații - inclusiv mutarea orbitală a resturilor din calea sateliților critici. La urma urmei, lumina este o energie capabilă să exercite forța asupra unui sistem.

Acesta este cuvântul cheie: concepe. Încă nu am construit un fascicul laser care să poată trage un alt obiect în spațiu prin forța pură a fotonilor. Oamenii de știință lucrează la tehnologiile de propulsie hibride care ar folosi laserele în combinație cu metode mai convenționale, dar nu ca un singur agent propulsor.

S-ar putea să spui, "dar apoi cum ar trebui să funcționeze o navă solară în spațiu?" Ei bine, tehnologia soarelui face apel la utilizarea fotonilor produsi de razele soarelui pentru a propulsa velele (și navele lor spațiale) înainte. Vâsla ajunge în spațiu în mod ol 'modă, deși: rachete.

Starshot susține că un fascicul de lumină - o serie de lasere instalate într-o scară la kilometru - ar putea oferi până la 100 de gigawați de energie cu fascicul. Nu am fi folosit un laser ultra-mare, ci mai mulți mai mici. Poate milioane, sau sute de milioane.

Ar putea fi suficientă forță pentru a scoate nanocraftele din atmosfera Pământului și de tracțiunea gravitațională? Poate. Milner crede că Starshot are o șansă mai bună prin instalarea unui tampon de lansare la un mediu de înaltă altitudine, cum ar fi deșertul Atacama. (Aici sunt patru sugestii pe care le-am făcut astăzi.) Este, de asemenea, relativ uscat suficient pentru a reduce probabilitatea ca vaporii de apă să se acumuleze și să creeze o greutate adăugată pe nava spațială sau să împiedice forța laserului în timp ce împinge nava spațială în sus.

Dacă totul merge bine, sondele ar fi în drum spre Alpha Centauri la 100 de milioane de mile pe oră și să ajungă la sistem în 20 de ani.

Luminile sunt super-subțiri și super-delicate. Cum ar trebui să supraviețuiească acest lucru? Cum ar trebui să supraviețuiască rocilor și prafului care se rotesc în jurul spațiului timp de douăzeci de ani?

O lampă de lumină este făcută dintr-un "metamaterial ultra-subțire (un termen de referință care se referă la materiale experimentale) conceput pentru a ridica fotonii surveniți de la o sursă de lumină și pentru a le folosi ca o forță de presiune care se exercită asupra pânzei în sine. Ca urmare, vela este capabila sa mearga inainte si chiar sa accelereze la viteze mult mai mari.

Așa cum am menționat, becurile de lumină nu sunt noi. Bill Nye și Societatea Planetară au lucrat la un proiect de lansare a luminilor cu lumină care încearcă să demonstreze viabilitatea unei astfel de tehnologii ca proiectarea propulsoarelor cu costuri reduse. NASA lansează Scout-ul asteroidului de proximitate (NEA Scout) în 2018 la bord Orion pentru misiunea inaugurală pentru Sistemul de lansare spațială, care va face drumul spre un asteroid din apropiere printr-o navigație solară expandabilă.

Ambele acele lămpi de lumină se confruntă cu aceeași problemă de coliziune cu praful interstelar și resturile care ar putea perfora găurile în vele și deraiau totul. Aceasta este o posibilitate destul de distinctă, dar este limitată de câteva considerații.

În primul rând: spațiul este mare. Există destule bucăți de materie plutind, dar nu este ca aici pe Pământ unde particulele în aer sunt peste tot unde ne întoarcem. Obiectele din spațiu se află la o distanță mică - la fel de puțin de 10 până la milioane, dar de mile. Posibilitatea de a lovi ceva - în timp real - este încă relativ îndepărtată.

În al doilea rând, aceste pânze au fost proiectate special pentru a rămâne relativ solide în cazul deteriorării. Luați NEA Scout, de exemplu. NASA a testat cât de bine luminile sale pot menține integritatea structurală, chiar dacă sunt lovite cu câteva bucăți de junk spațiu aici și acolo. Atâta timp cât nu există o vătămare catastrofică (cum ar fi, de exemplu, un asteroid de mărimea Texasului care se topește în nave spațiale), NEA Scout poate continua să se deplaseze și să se manevreze pe seama comenzilor de la NASA.

Narcoletele Starshot trebuie să se confrunte și cu aceste probleme. Lămpile lor de lumină sunt prevăzute să se întindă la ceva de pe scara câtorva metri, deci vor fi destul de mici. Dar vor avea doar câteva sute de atomi groși și vor avea o masă de aproximativ un gram. Sunt destul de mici pentru a evita aproape orice fel de număr de obiecte care plutesc în jurul spațiului - dar, în condițiile șansei pe care o lovesc, întreaga navă spațială va fi probabil distrusă. Și nu știm nimic despre conținutul de praf din Alpha Centauri.

Dar există o mare problemă cu care trebuie să se ocupe doar nanocraftul - care nu se destramă în timpul lansării fasciculului de lumină. Vântul este așteptat să fie lovit de un fascicul care va ajunge la aproximativ 60 de ori lumina soarelui care lovește Pământul în orice moment dat. Rostul nu trebuie doar să nu se topească, ci să reușească să ajungă în spațiu, fără a se rupe de forțele atmosferice. Se estimează că o parte din 100.000 de laser ar fi mai mult decât suficientă pentru a evapora vele. Acest lucru nu a fost făcut niciodată înainte. Nu se spune cât de mult va fi nevoie de testare pentru proiectul Starshot înainte de a obține această parte corectă.

Cum funcționează StarChip? Ce fel de date ar trebui să colecteze?

StarChips - fiind construit pe o scară de un gram și capabil să se potrivească în palma mâinii - nu va fi sistemul de ultimă generație care a ajutat-ne ceva ca Roverul Curiozitate sau Telescopul Spațial Kepler pentru a studia diferite lumi în spațiu. Ele vor fi foarte elementare. Scopul este de a lipi patru camere (câte două megapixeli fiecare) pe chip care să permită o imagine foarte elementară a lui Alpha Centauri și a diferitelor planete și luni ale sistemului.

Aceste date vor fi transmise înapoi pe Pământ folosind o antenă retrasă de la un metru sau chiar folosind lumina de avertizare pentru a facilita comunicațiile bazate pe laser care ar putea focaliza un semnal înapoi spre Pământ.

Acest lucru pare destul de standard. Ce anume ar trebui să ne arate acele imagini?

Aici este un alt necunoscut. Când astronomii evaluează potențialul altor lumi de a fi locuibile, ei se uită la o mulțime de date diferite, variind de la temperaturile planetei, compoziția, distanța de la steaua gazdă, semnele unei atmosfere prezente - și multe altele. Multe dintre aceste lucruri sunt măsurabile numai prin diferite tipuri de camere care se pot vedea peste spectrul electromagnetic. În acest moment, nanocraftele ar fi difuzate pe camere care nu sunt prea diferite de cele pe care le folosim pe smartphone-urile noastre. Acest lucru nu este de mare ajutor pentru a intelege cu adevarat daca o planeta sau o luna ar putea sustine orice fel de viata sau deja prezinta semne de viata.

Totuși, când vă gândiți că obiectivul este de a trimite mai multe nave spațiale mici într-un sistem îndepărtat care este multiplu la câțiva ani lumină în mai puțin de două decenii, trebuie să reduceți costurile undeva.

Chiar dacă acest lucru supraviețuiește călătoriei spre Alpha Centauri, cum ar trebui să trăiască suficient de mult pentru a colecta suficiente date utile?

Longevitatea este crucială pentru proiectul Starshot. Nanocraftul trebuie să rămână alimentat timp de câteva decenii pentru a-și folosi efectiv întregul potențial de cercetare. În acest scop, inițiativa Breakthrough propune o sursă de energie la bord bazată pe plutoniu-238 sau Americium-241, cântărind nu mai mult de 150 de miligrame.

Practic, pe măsură ce izotopul plutoniului sau al Americiului se descompune, acesta ar încărca un ultra-condensator care comută componentele StarChip necesare pentru a rupe imaginile și a le transmite înapoi pe Pământ. O sursă de energie termoelectrică ar putea fi, de asemenea, implementată pentru a profita de avantajele suprafețelor frontale ale suprafețelor nanocraftelor în timp ce începe să se apropie de atmosfera altor lumi.

Fotovoltaica - transformarea luminii solare în energie - este de asemenea luată în considerare. Un prototip de vele solar care a fost testat de Japonia cu aproximativ șase ani în urmă, IKAROS, a pictat suprafața sa de navigație solară cu o fotovoltaică. Acest lucru este impracticabil atunci când nanocraft-ul îl scoate în cele din urmă din granițele sistemului solar, dar ar putea fi util pentru această durată pentru a economisi energie și mai mult.

Marea întrebare este dacă puteți păstra viabile astfel de materiale necostisitoare de peste 20 până la 50 de ani. Într-un scenariu ideal, este probabil mai probabil ca fiecare nanocraft să colecteze date pentru o perioadă relativ scurtă de timp - aproximativ câteva luni. Dacă Milner și compania sunt într-adevăr pregătiți pentru a produce aceste lucruri, atunci ar trebui să nu aibă nici o problemă să trimită o grămadă în toate direcțiile pentru a explora cât de mult pot despre Alpha Centauri. Se așteaptă ca fiecare să funcționeze de-a lungul anilor, este destul de nepractic dacă nu putem să intervenim în mod direct și să ne mutăm mișcările în direcții noi.

Cost

Obiectivul exprimat de Milner este de a face fiecare nanocraft pentru costul necesar pentru a construi un iPhone. Fiecare sistem SmartChip și combinația de avertizoare de lumină nu ar trebui să depășească câteva sute de dolari - iar obiectivul este de a continua să se adauge tehnologii mai bune pe măsură ce acestea devin din ce în ce mai puțin costisitoare de-a lungul anilor.

În realitate, cea mai scumpă (și cea mai puțin fezabilă) parte a acestui proiect este fasciculul de lumină. Vorbim de aproximativ 100 de gigawați de putere timp de două minute pentru a trage chestia asta. Un singur gigawatt poate genera 700.000 de case. Deci este suficient pentru 70.000.000 de case.

Asta e suficient pentru a menține mai multe țări mici. Este de 100 de ori cantitatea produsă de o centrală nucleară tipică. Este minunat să înțelegeți cum vor acumula această cantitate de energie într-un singur loc pentru a lansa o grămadă de nanocrafturi în spațiu.

Costul total al unei arderi de lumină ar putea fi, potrivit unui comentator de pe site-ul Breakthrough, de 70.000 de dolari.

Da, vom vedea despre asta …