Marzenie o podróży do innego układu gwiezdnego, a może nawet znalezieniu tam zaludnionych światów, jest tym, który od wielu pokoleń zajmuje ludzkość. Ale dopiero w erze eksploracji kosmosu naukowcy byli w stanie zbadać różne metody podróży międzygwiezdnej. Chociaż na przestrzeni lat proponowano wiele teoretycznych projektów, ostatnio wiele uwagi poświęcono sondom międzygwiezdnym napędzanym laserem.
Pierwsze badanie projektu koncepcyjnego, znane jako Project Dragonfly, zostało zorganizowane przez Initiative for Interstellar Studies (i4iS) w 2013 roku. Koncepcja wymagała użycia laserów do przyspieszenia lekkiego żagla i statku kosmicznego do 5% prędkości światła, osiągając w ten sposób Alpha Centauri za około sto lat. W jednym z ostatnich artykułów jeden z zespołów, który wziął udział w konkursie na projekt, ocenił wykonalność swojej propozycji żagla świetlnego i żagla magnetycznego.
Artykuł zatytułowany „Projekt Dragonfly: Sail to the stars” został niedawno opublikowany w czasopiśmie naukowym Astra Astronautica. Badania prowadził Tobias Häfner, absolwent Université Paul Sabatier (UPS) Toulouse i obecny inżynier systemowy w Open Cosmos Ltd. Dołączyli do niego członkowie Oxford Space Systems, Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), oraz AKKA Technologies.
Jeśli chodzi o koncepcje misji międzygwiezdnych, jedną z największych przeszkód zawsze był czas podróży. Jak pokazaliśmy w poprzednim artykule, dotarcie do Alpha Centauri zajęłoby od 1000 do 81 000 lat. Chociaż istnieje kilka metod teoretycznych, które mogą oferować krótsze czasy podróży, dotyczą one zarówno fizyki, która jeszcze nie została udowodniona, lub byłyby zbyt drogie.
Stąd urok świetlnego żagla, który wykorzystuje najnowsze osiągnięcia w miniaturyzacji do stworzenia mniejszego i tańszego statku kosmicznego. Kolejną zaletą, przynajmniej teoretycznie, jest to, że taki statek kosmiczny mógłby zostać przyspieszony do ułamka prędkości światła, a zatem byłby w stanie pokonać ogromną odległość między naszym Układem Słonecznym a najbliższą gwiazdą w ciągu kilku dekad lub jednego stulecia .
Jak wspomniano, i4iS - organizacja ochotnicza, której celem jest urzeczywistnienie międzygwiezdnych podróży kosmicznych w niedalekiej przyszłości - uruchomiła pierwsze studium koncepcyjne dotyczące żagli w 2013 r. Następnie odbyło się w 2014 r. Konkurs na projekt statku kosmicznego, który być w stanie dotrzeć do Alpha Centauri w ciągu 100 lat przy użyciu istniejących lub krótkoterminowych technologii.
Czterej finaliści zaprezentowali swoje projekty na warsztatach w British Interplanetary Society w lipcu 2015 r. Zwyciężyła koncepcja zgłoszona przez zespół Technical University of Munich, który następnie rozpoczął kampanię Kickstarter w celu zebrania pieniędzy na swój projekt. Projekt przedstawiony przez zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego przekształcił się następnie w projekt Breakthrough Starshot.
Główny autor Hafner i jego koledzy byli częścią zespołu CranSEDS, w skład którego wchodzili inżynierowie i naukowcy z Cranfield University w Wielkiej Brytanii, Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) w Rosji oraz UPS we Francji. W tym najnowszym badaniu on i niektórzy z jego byłych członków zespołu przedstawili koncepcję swojej misji w ramach studium wykonalności.
Na potrzeby tego badania rozważono każdy aspekt architektury misji żagla świetlnego. Różniło się to od wielkości żagla, materiałów użytych do jego zbudowania, wielkości otworu lasera, umiejscowienia lasera, ciężaru statku kosmicznego i metody wykorzystywanej przez statek kosmiczny do zmniejszania prędkości, gdy zbliżył się do celu.
W końcu wymyślona przez nich architektura misji wymagała użycia 100 GW mocy lasera w celu przyspieszenia statku kosmicznego o masie 2750 kg (~ 6000 funtów) do 5% prędkości światła - co skutkuje czasem podróży około stulecia Alfa Centauri. Żagiel składałby się z monowarstwy grafenowej o średnicy 29,4 km (18,26 mi), co wymagałoby lasera o aperturze o średnicy 29,4 km (18,26 mi).
Laser ten zostałby umieszczony w pobliżu Słońca (albo w punkcie Lagrange'a Ziemia-Słońce L1, albo na orbicie Cislunar) i byłby zasilany przez ogromne panele słoneczne. Aby zwolnić, statek kosmiczny rzuciłby lekki żagiel i rozłożył magnetyczny żagiel składający się z metalowych drutów. Żagiel utworzyłby zapętloną konstrukcję o średnicy około 35 km (22 mil) i wadze 1000 kg (2200 funtów).
Po uruchomieniu żagiel magnetyczny przechwytywałby plazmę z ośrodka międzygwiezdnego i wiatr słoneczny z Alfa Centauri, aby spowolnić i wejść do układu. Konkluzja ta, jak podsumowują, pozwoliłaby osiągnąć równowagę między masą a prędkością, pozwolić misji dotrzeć do Alpha Centauri w nieco ponad 100 lat i umożliwić prowadzenie operacji naukowych po przybyciu.
Jak wskazują w swoich badaniach, ten rodzaj architektury misji oferuje wiele zalet, z których nie mniej ważny jest fakt, że większy statek kosmiczny byłby w stanie unieść więcej na drodze instrumentów i zebrać więcej danych naukowych niż statek kosmiczny w skali gramowej (podobnie jak w przypadku Przełomowej Gwiazdy Strzału StarChip). Jak stwierdzili:
„Zarówno [żagle laserowe, jak i magnetyczne] mają tę zaletę, że w statku kosmicznym nie trzeba transportować paliwa. Misja opiera się na technologiach, które są obecnie dostępne lub są w fazie rozwoju, ale wymagałyby znacznych ulepszeń, aby faktycznie zbudować wymaganą infrastrukturę kosmiczną… bazowy system misji kosmicznych, system laserowy jest używany przez rozsądny okres czasu. Wyciągnięte wnioski i dane zebrane z pierwszego statku kosmicznego mogłyby zostać wykorzystane do ulepszenia następujących. ”
Zdają sobie również sprawę z wyzwań, jakie pociągną za sobą taka misja, które obejmują potrzebę budowy struktur kosmicznych o wielkości kilometra. Takie konstrukcje musiałyby być budowane na orbicie, co wymagałoby najpierw opracowania urządzeń do wytwarzania orbit. Oczywiście laser i inne kluczowe systemy będą wymagały dalszego udoskonalenia i rozwoju. Niemniej jednak, zgodnie z ich badaniami, koncepcja jest wykonalna i technicznie uzasadniona.
Niektórzy jednak mają wątpliwości. Na przykład jest dr Claudius Gros, fizyk teoretyczny z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie. Gros jest od dawna zwolennikiem stosowania technologii żagli laserowych w celu zbudowania statku międzygwiezdnego i przeprowadził teoretyczne prace nad wykorzystaniem żagli magnetycznych do spowolnienia takiego statku.
Jest także założycielem Projektu Genesis, propozycji wysłania napędzanego laserowo statku kosmicznego wyposażonego w fabryki genów lub strąki kriogeniczne do innych układów gwiezdnych, w których rozdzieliłyby one życie mikrobiologiczne na „przejściowo mieszkalne egzoplanety - tj. Planety zdolne do życia, nie jest prawdopodobne, aby powstały same. Jak powiedział do Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej:
“Jeśli chodzi o opóźnienie za pomocą pola magnetycznego, w rzeczywistości nie jest to możliwe przy założonych parametrach. Wykonanie zadania wymagałoby magnetycznego żagla ważącego kilkaset ton, gdy statek płynie z prędkością 5% prędkości światła i kiedy musi się zatrzymać w ciągu 20 lat, jak zakładano w niniejszym artykule. Aby przyspieszyć tak ciężką jednostkę, potrzebne byłyby znacznie silniejsze systemy startowe. ”
Koncepcja użycia laserów lub żagli słonecznych do prowadzenia misji międzygwiezdnych ma głębokie korzenie. Jednak dopiero w ostatnich latach starania o stworzenie takiego statku kosmicznego naprawdę się połączyły. Obecnie istnieje wiele koncepcji oferujących różne architektury misji, z których każda ma swój udział w wyzwaniach i zaletach.
W przygotowaniu jest wiele propozycji - w tym propozycja Haefnera i jego kolegi - koncepcja ważki ii4S i Przełom w grze Starshot - bardzo interesujące będzie zobaczenie (jeśli w ogóle) z obecnych koncepcji żagli świetlnych, które będą próbowały odbyć podróż do Alpha Centauri w nadchodzących dziesięcioleciach.
Czy będzie to taki, który dotrze w ciągu naszych wcieleń, czy będzie w stanie odesłać więcej na drodze danych naukowych? Czy może to być kombinacja tych dwóch, rodzaj umowy krótkoterminowej / długoterminowej? Ciężko powiedzieć. Chodzi o to, że marzenie o podjęciu misji międzygwiezdnej może nie pozostać snem o wiele dłużej.
