Το όνειρο του ταξιδιού σε ένα άλλο αστρικό σύστημα, και ίσως ακόμη και η εύρεση κατοικημένων κόσμων εκεί, είναι ένα όνειρο που απασχολεί την ανθρωπότητα για πολλές γενιές. Αλλά μόνο στην εποχή της εξερεύνησης του διαστήματος οι επιστήμονες μπόρεσαν να διερευνήσουν διάφορες μεθόδους για να κάνουν ένα διαστρικό ταξίδι. Ενώ πολλά θεωρητικά σχέδια έχουν προταθεί όλα αυτά τα χρόνια, μεγάλη προσοχή έχει επικεντρωθεί τελευταία στους διαστρικούς ανιχνευτές που προωθούνται με λέιζερ.
Η πρώτη μελέτη εννοιολογικού σχεδιασμού, γνωστή ως Έργο Dragonfly φιλοξενήθηκε από το Πρωτοβουλία για Διαστρικές Σπουδές (i4iS) το 2013. Η ιδέα απαιτούσε τη χρήση λέιζερ για την επιτάχυνση ενός ελαφρού πανιού και ενός διαστημικού σκάφους στο 5% της ταχύτητας του φωτός, φτάνοντας έτσι στον Άλφα Κενταύρου σε περίπου έναν αιώνα. Σε ένα πρόσφατο χαρτί , μία από τις ομάδες που συμμετείχαν στον διαγωνισμό σχεδιασμού αξιολόγησε τη σκοπιμότητα της πρότασής τους για ένα ελαφρύ και μαγνητικό πανί.
Η εφημερίδα με τίτλο « Project Dragonfly: Sail to the stars », δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικόAstra Astronautica.Επικεφαλής της μελέτης ήταν ο Tobias Häfner, απόφοιτος του Université Paul Sabatier (UPS) της Τουλούζης και μηχανικός συστημάτων στο Open Cosmos Ltd . Μαζί του συμμετείχαν μέλη του Oxford Space Systems , ο Μεταπτυχιακό Πανεπιστήμιο για Ανώτερες Σπουδές (ΣΟΚΕΝΤΑΙ), και AKKA Technologies .
Σμήνος διαστημοπλοίων με πανιά λέιζερ που φεύγει από το Ηλιακό Σύστημα. Πίστωση: Adrian Mann
Όταν πρόκειται για ιδέες διαστρικών αποστολών, ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια ήταν πάντα ο χρόνος ταξιδιού. Όπως δείξαμε στο α προηγούμενο άρθρο , θα χρειαζόταν οπουδήποτε από 1.000 έως 81.000 χρόνια χρησιμοποιώντας την τρέχουσα τεχνολογία για να φτάσετε στο Alpha Centauri. Ενώ υπάρχουν αρκετές θεωρητικές μέθοδοι που θα μπορούσαν να προσφέρουν μικρότερους χρόνους ταξιδιού, είτε αφορούν φυσική που δεν έχουν ακόμη αποδειχθεί είτε θα ήταν απαγορευτικά ακριβές.
Εξ ου και η ελκυστικότητα ενός lightsail, το οποίο εκμεταλλεύεται τις πρόσφατες εξελίξεις στη μικρογραφία για να δημιουργήσει ένα μικρότερο και λιγότερο ακριβό διαστημόπλοιο. Ένα άλλο πλεονέκτημα, τουλάχιστον θεωρητικά, είναι ότι ένα τέτοιο διαστημόπλοιο θα μπορούσε να επιταχυνθεί σε ένα κλάσμα της ταχύτητας του φωτός, και επομένως θα μπορούσε να καλύψει την τεράστια απόσταση μεταξύ του Ηλιακού μας Συστήματος και του πλησιέστερου αστέρα σε μερικές δεκαετίες ή έναν αιώνα .
Όπως σημειώθηκε, το i4iS – ένας εθελοντικός οργανισμός που είναι αφοσιωμένος στο να κάνει πραγματικότητα τα διαστρικά διαστημικά ταξίδια στο εγγύς μέλλον – ξεκίνησε την πρώτη μελέτη εννοιολογικού σχεδιασμού για τα ελαφρά πανιά το 2013. Ακολούθησε το 2014 ένας διαγωνισμός για το σχεδιασμό ενός διαστημικού σκάφους που θα να είναι σε θέση να φτάσει στο Alpha Centauri εντός 100 ετών χρησιμοποιώντας υπάρχουσες ή βραχυπρόθεσμες τεχνολογίες.
Οι τέσσερις φιναλίστ παρουσίασαν τα σχέδιά τους σε ένα εργαστήριο που πραγματοποιήθηκε στο Βρετανική Διαπλανητική Εταιρεία τον Ιούλιο του 2015. Η υποβλήθηκε ιδέα από την ομάδα του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου κέρδισε, η οποία στη συνέχεια ξεκίνησε ένα Καμπάνια Kickstarter να μαζέψουν χρήματα για τον σχεδιασμό τους. Το σχέδιο που υποβλήθηκε από την ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Ντιέγκο, στη συνέχεια εξελίχθηκε στο σχέδιο για τις πρωτοβουλίες Breakthrough Ανακάλυψη Starshot .
Εικονογράφηση ενός καλλιτέχνη ενός ελαφρού πανιού που τροφοδοτείται από μια ακτίνα ραδιοφώνου (κόκκινη) που δημιουργείται στην επιφάνεια ενός πλανήτη. Πίστωση: M. Weiss/CfA
Ο επικεφαλής συγγραφέας Hafner και οι συνάδελφοί του ήταν μέρος της ομάδας CranSEDS, η οποία αποτελούνταν από μηχανικούς και επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Cranfield στο Ηνωμένο Βασίλειο. Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) στη Ρωσία και UPS στη Γαλλία. Σε αυτήν την τελευταία μελέτη, αυτός και μερικά από τα πρώην μέλη της ομάδας του παρουσίασαν την ιδέα της αποστολής τους ως μέρος μιας μελέτης σκοπιμότητας.
Για χάρη αυτής της μελέτης, εξέτασαν κάθε πτυχή της αρχιτεκτονικής αποστολής ενός lightsail. Αυτό κυμαινόταν από το μέγεθος του πανιού, τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή του, το μέγεθος του ανοίγματος του λέιζερ, τη θέση του λέιζερ, το βάρος του διαστημικού σκάφους και τη μέθοδο που χρησιμοποιούσε το διαστημόπλοιο για να επιβραδύνει μόλις πλησιάσει στον προορισμό του.
Στο τέλος, η αρχιτεκτονική της αποστολής που κατέληξαν απαιτούσε τη χρήση 100 GWs ισχύος λέιζερ για την επιτάχυνση ενός διαστημικού σκάφους 2750 kg (~6000 lbs) στο 5% της ταχύτητας του φωτός – με αποτέλεσμα ένα ταξίδι περίπου ενός αιώνα έως Άλφα Κενταύρου. Το πανί θα αποτελείται από μια μονοστιβάδα γραφενίου με διάμετρο 29,4 km (18,26 mi), απαιτώντας έτσι ένα λέιζερ με διάμετρο 29,4 km (18,26 mi).
Αυτό το λέιζερ θα τοποθετηθεί στην περιοχή του Ήλιου (είτε στον Γη-Ήλιο L1 Σημείο Lagrange ή σε τροχιά Cislunar) και θα τροφοδοτούνταν από τεράστια ηλιακά πάνελ. Προκειμένου να επιβραδυνθεί, το διαστημόπλοιο θα ρίξει το ελαφρύ πανί και θα αναπτύξει ένα μαγνητικό πανί που αποτελείται από μεταλλικά σύρματα. Αυτό το πανί θα σχημάτιζε μια δομή με θηλιά περίπου 35 km (22 mi) σε διάμετρο και βάρος 1000 kg (2200 lbs).
Το Project Starshot, μια πρωτοβουλία που χρηματοδοτείται από το Ίδρυμα Breakthrough, προορίζεται να είναι το πρώτο διαστρικό ταξίδι της ανθρωπότητας. Πίστωση: breakthroughinitiatives.org
Μόλις αναπτυχθεί, το μαγνητικό πανί θα παρεμπόδιζε το πλάσμα από το διαστρικό μέσο και τον ηλιακό άνεμο από τον Άλφα Κενταύρου για να επιβραδυνθεί και να εισέλθει στο σύστημα. Αυτή η αρχιτεκτονική, συμπεραίνουν, θα επιτύχει μια ισορροπία μεταξύ μάζας και ταχύτητας, θα επέτρεπε στην αποστολή να φτάσει στον Άλφα Κενταύρου σε μόλις 100 χρόνια και θα της επέτρεπε να διεξάγει επιστημονικές επιχειρήσεις κατά την άφιξη.
Όπως αναφέρουν στη μελέτη τους, αυτός ο τύπος αρχιτεκτονικής αποστολών προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα, μεταξύ των οποίων το γεγονός ότι ένα μεγαλύτερο διαστημόπλοιο θα μπορούσε να μεταφέρει περισσότερα όργανα και να συγκεντρώσει περισσότερα επιστημονικά δεδομένα από ένα διαστημόπλοιο κλίμακας γραμμαρίου (όπως και με το Breakthrough Starshot's StarChip ). Όπως κατέληξαν:
«Και τα δύο [λέιζερ όσο και μαγνητικά πανιά] έχουν το πλεονέκτημα ότι όχι προωθητικό πρέπει να μεταφερθεί στο διαστημικό σκάφος… Η αποστολή βασίζεται σε τεχνολογίες που είναι επί του παρόντος διαθέσιμες ή υπό ανάπτυξη, αλλά θα χρειαζόταν εκτεταμένες βελτιώσεις για να δημιουργηθεί πραγματικά η απαιτούμενη διαστημική υποδομή… Με μια βασική γραμμή αποστολής πολλαπλών διαστημικών σκαφών, σύστημα λέιζερ χρησιμοποιείται για εύλογο χρονικό διάστημα. Τα διδάγματα και τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από το πρώτο διαστημόπλοιο θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να βελτιώσουν τα ακόλουθα.
Αναγνωρίζουν επίσης τις προκλήσεις που θα συνεπαγόταν μια τέτοια αποστολή, οι οποίες περιλαμβάνουν την ανάγκη για δομές μεγέθους χιλιομέτρου στο διάστημα. Τέτοιες κατασκευές θα έπρεπε να κατασκευαστούν σε τροχιά, κάτι που θα απαιτούσε πρώτα την ανάπτυξη τροχιακών εγκαταστάσεων κατασκευής. Και φυσικά, το λέιζερ και άλλα κρίσιμα συστήματα θα χρειαστούν περαιτέρω βελτίωση και ανάπτυξη. Ωστόσο, το concept, σύμφωνα με τη μελέτη τους, είναι εφικτό και τεχνικά ορθό.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για ένα πανί λέιζερ με κατευθυνόμενη ενέργεια πρόωσης σε δράση. Πίστωση: Q. Zhang/deepspace.ucsb.edu
Κάποιοι, ωστόσο, έχουν τις αμφιβολίες τους. Για παράδειγμα, υπάρχει ο Δρ Claudius Gros, ένας θεωρητικός φυσικός από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Γκαίτε της Φρανκφούρτης . Ο Gros είναι ένας μακροχρόνιος υποστηρικτής της χρήσης της τεχνολογίας πανιών λέιζερ για χάρη της κατασκευής ενός διαστρικού διαστημικού σκάφους και έχει πραγματοποιήσει θεωρητική εργασία σχετικά με τη χρήση μαγνητικών πανιών για την επιβράδυνση ενός τέτοιου διαστημικού σκάφους.
Είναι επίσης ο ιδρυτής του Project Genesis , μια πρόταση για αποστολή διαστημικών σκαφών με πανιά λέιζερ εξοπλισμένα με εργοστάσια γονιδίων ή κρυογονικούς λοβούς σε άλλα αστρικά συστήματα, όπου θα διανέμουν τη μικροβιακή ζωή σε «παροδικά κατοικήσιμους εξωπλανήτες – δηλαδή πλανήτες ικανούς να υποστηρίξουν ζωή, αλλά δεν είναι πιθανό να την προκαλέσουν τα δικά τους. Όπως εξέφρασε στο Universe Today μέσω email:
'Όσον αφορά την επιβράδυνση με ένα μαγνητικό πεδίο, αυτό στην πραγματικότητα δεν είναι δυνατό εντός των παραμέτρων που υποθέτουμε. Θα χρειαζόταν ένα μαγνητικό πανί βάρους αρκετών εκατοντάδων τόνων για να κάνει τη δουλειά όταν το σκάφος ταξιδεύει με 5% της ταχύτητας του φωτός και όταν πρέπει να σταματήσει μέσα σε 20 χρόνια, όπως υποτίθεται στην παρούσα εργασία. Για να επιταχυνθεί ένα τόσο βαρύ σκάφος, θα απαιτούνταν πολύ ισχυρότερα συστήματα εκτόξευσης».
Η ιδέα της χρήσης λέιζερ ή ηλιακών πανιών για τη διεξαγωγή διαστρικών αποστολών έχει βαθιές ρίζες. Ωστόσο, μόνο τα τελευταία χρόνια οι προσπάθειες για τη δημιουργία τέτοιων διαστημικών σκαφών συνήλθαν πραγματικά. Επί του παρόντος, υπάρχουν πολλές έννοιες που προσφέρουν διαφορετικές αρχιτεκτονικές αποστολών, οι οποίες έχουν όλες τις προκλήσεις και τα πλεονεκτήματά τους.
Με πολλαπλές προτάσεις τώρα σε εξέλιξη – η οποία περιλαμβάνει την πρόταση του Haefner και του συναδέλφου του, το ii4S's Dragonfly conceptκαιBreakthrough Starshot – θα είναι πολύ ενδιαφέρον να δούμε ποιες (αν υπάρχουν) από τις τρέχουσες ιδέες του lightsail θα επιχειρήσουν να κάνουν το ταξίδι στο Alpha Centauri τις επόμενες δεκαετίες.
Θα είναι κάτι που θα φτάσει εκεί στη διάρκεια της ζωής μας ή θα είναι ικανό να στείλει περισσότερα στον τρόπο επιστημονικών δεδομένων; Ή θα μπορούσε να είναι ένας συνδυασμός των δύο, ένα είδος βραχυπρόθεσμης/μακροπρόθεσμης συμφωνίας; Δύσκολο να πω. Το θέμα είναι ότι το όνειρο της πραγματοποίησης μιας διαστρικής αποστολής μπορεί να μην παραμείνει όνειρο για πολύ ακόμη.
Περαιτέρω ανάγνωση: Astronautics Act (2018) , Astronautics Act (2016) , Ανακάλυψη Starshot