W kwietniu 2016 r. Rosyjski miliarder Jurij Milner ogłosił powstanie Przełomu Starshot. W ramach swojej organizacji naukowej non-profit (znanej jako Przełomowe Inicjatywy) celem Starshot było zaprojektowanie w ciągu naszego życia nanokrętu świetlnego, który byłby w stanie dotrzeć do najbliższego układu gwiezdnego - Alpha Centauri (alias. Rigel Kentaurus).
Od samego początku naukowcy i inżynierowie odpowiedzialni za koncepcję Starshot starali się stawić czoła wyzwaniom, przed którymi stanie taka misja. Podobnie było wielu w środowisku naukowym, którzy sugerowali również, jak taka koncepcja może działać. Najnowsze pochodzą z Instytutu Badań nad Układem Słonecznym im. Maxa Plancka, gdzie dwóch badaczy opracowało nowatorski sposób spowolnienia statku po dotarciu na miejsce.
Podsumowując, koncepcja Starshot obejmuje mały nanokraft w skali gramatycznej holowany przez żagle świetlne. Za pomocą naziemnego układu laserowego ten żagiel zostałby przyspieszony do prędkości około 60 000 km / s (37 282 m / s) - czyli 20% prędkości światła. Przy tej prędkości nanokraft byłby w stanie dotrzeć do najbliższego naszego układu gwiezdnego - Alpha Centauri, oddalonego o 4,37 lat świetlnych stąd - w ciągu zaledwie 20 lat.
Oczywiście wiąże się to z szeregiem wyzwań technicznych - takich jak możliwość zderzenia z pyłem międzygwiezdnym, odpowiedni kształt żagla świetlnego i same wymagania energetyczne do zasilania układu lasera. Ale równie ważna jest idea tego, jak taki statek zwolni, gdy dotrze do celu. Bez drugiego lasera, który mógłby zastosować energię niszczącą, w jaki sposób statek zwolniłby na tyle, aby rozpocząć badanie układu?
Właśnie na to pytanie René Heller i Michael Hippke postanowili odpowiedzieć w swoim badaniu: „Zwalnianie szybkich fotonów międzygwiezdnych płynie na związane orbity w Alpha Centauri”. Heller jest astrofizykiem, który obecnie pomaga ESA w przygotowaniach do nadchodzącej misji PLAnetary Transits and Oscillations of Stars (PLATO) - łowca egzoplanet rozmieszczony w ramach programu Cosmic Vision.
Z pomocą specjalisty IT, Michaela Hippke, oboje rozważyli, co będzie potrzebne do misji międzygwiezdnej, aby dotrzeć do Alfa Centauri i zapewnić dobre naukowe zwroty po jej przybyciu. Wymagałoby to wykonania manewrów hamowania po ich przybyciu, aby statek kosmiczny nie przeleciał nad systemem w mgnieniu oka. Jak stwierdzają w swoim badaniu:
„Chociaż taka międzygwiezdna sonda mogłaby dotrzeć do Proximy 20 lat po wystrzeleniu, bez gazu napędowego, który by ją spowolnił, przemierzyłby system w ciągu kilku godzin. Tutaj pokazujemy, w jaki sposób można zastosować ciśnienia gwiezdnego fotonu w potrójnej Alpha Cen A, B i C (Proxima) wraz z grawitacją, aby spowolnić nadchodzące żagle słoneczne z Ziemi. ”
Na podstawie ich obliczeń Heller i Hippke oszacowali, że jednostka ważyłaby mniej niż 100 gramów (3,5 uncji) i byłaby zamontowana na żaglu o powierzchni 100 000 m² (1 076 391 stóp kwadratowych). Po ich ukończeniu Hippke dostosował je do serii symulacji komputerowych. Na podstawie swoich wyników zaproponowali zupełnie nową koncepcję misji, która całkowicie eliminuje potrzebę korzystania z laserów.
Zasadniczo ich zmieniona koncepcja wymagała stworzenia autonomicznego aktywnego żagla (AAS), który zapewniałby własny napęd i siłę hamowania. Statek ten rozłożyłby żagiel w Układzie Słonecznym i używał wiatru słonecznego Słońca, aby przyspieszyć go do dużych prędkości. Gdy osiągnie system Alpha Centauri, ponownie rozmieści swój żagiel, aby wpływ promieniowania z Alpha Centauri A i B spowodował spowolnienie go.
Dodatkową zaletą tego proponowanego manewru jest to, że statek, po spowolnieniu do tego stopnia, że mógł skutecznie badać system Alpha Centauri, mógł następnie użyć asysty grawitacyjnej tych gwiazd, aby skierować się w kierunku Proxima Centauri. Tam może przeprowadzić pierwszą z bliska eksplorację Proximy b - najbliższej egzoplanety względem Ziemi - i ustalić, jakie są jej warunki atmosferyczne i powierzchniowe.
Odkąd istnienie tej planety zostało po raz pierwszy ogłoszone przez Europejskie Obserwatorium Południowe w sierpniu 2016 r., Pojawiło się wiele spekulacji na temat tego, czy można ją zamieszkać. Posiadanie misji, która mogłaby go zbadać w celu sprawdzenia znaczników - żywotnej atmosfery, magnetosfery i ciekłej wody na powierzchni - z pewnością rozstrzygnęłoby tę debatę.
Jak wyjaśnił Heller w komunikacie prasowym Instytutu Maxa Plancka, koncepcja ta ma wiele zalet, ale wiąże się z pewnymi kompromisami - z których co najmniej tyle zajmuje czas dotarcia do Alpha Centauri. „Nasza nowa koncepcja misji może przynieść wysoki zwrot naukowy, ale tylko wnuki naszych wnuków by ją otrzymały” - powiedział. „Z drugiej strony Starshot działa w skali dziesięcioleci i może zostać zrealizowany w ciągu jednego pokolenia. Być może więc zidentyfikowaliśmy długoterminową koncepcję Starshot. ”
Obecnie Heller i Hippke dyskutują o swojej koncepcji z Breakthrough Starshot, aby sprawdzić, czy byłaby ona wykonalna. Jedną osobą, która przejrzała ich pracę, jest profesor Avi Loeb, profesor nauk przyrodniczych Frank B. Baird Jr. na Uniwersytecie Harvarda oraz przewodniczący rady doradczej Fundacji Breakthrough Foundation. Jak powiedział Space Magazine e-mailem, koncepcja przedstawiona przez Hellera i Hippke jest warta rozważenia, ale ma swoje ograniczenia:
„Jeśli możliwe jest spowolnienie statku kosmicznego za pomocą światła gwiazd (i wspomagania grawitacyjnego), możliwe jest również wystrzelenie go w pierwszej kolejności przez te same siły… Jeśli tak, to dlaczego niedawno ogłoszony projekt Przełom Gwiazdhot za pomocą lasera i nie światło słoneczne napędzające nasz statek kosmiczny? Odpowiedź jest taka, że nasz przewidywany układ laserowy może popchnąć żagiel strumieniem energii, który jest milion razy większy niż lokalny strumień słońca.
„Używając światła gwiazd do osiągania prędkości relatywistycznych, należy używać wyjątkowo cienkiego żagla. W nowym artykule Heller i Hippke rozważają przykład miligrama zamiast żagla w skali gramowej. W przypadku żagla o powierzchni dziesięciu metrów kwadratowych (jak przewidziano w naszym studium koncepcyjnym Starshot) grubość jego żagla musi wynosić tylko kilka atomów. Taka powierzchnia jest o rząd wielkości cieńsza niż długość fali światła, którą chce odbić, a zatem jej współczynnik odbicia byłby niski. Nie wydaje się możliwe zmniejszenie ciężaru o tyle rzędów wielkości, a jednocześnie utrzymanie sztywności i odbicia materiału żagla.
„Głównym ograniczeniem w definiowaniu koncepcji Starshot było odwiedzenie Alpha Centauri w ciągu naszego życia. Wydłużenie czasu podróży poza życie człowieka, jak zalecono w tym artykule, sprawi, że będzie mniej atrakcyjne dla zaangażowanych osób. Należy również pamiętać, że żagiel musi być wyposażony w elektronikę, która znacznie zwiększy jego wagę. ”
Krótko mówiąc, jeśli czas nie jest czynnikiem, możemy wyobrazić sobie, że nasze pierwsze próby dotarcia do innego Układu Słonecznego mogą rzeczywiście wiązać się z napędzaniem i spowalnianiem AAS przez wiatr słoneczny. Ale jeśli chcemy czekać wieki na zakończenie takiej misji, możemy również rozważyć wysłanie rakiet z konwencjonalnymi silnikami (być może nawet z załogą) do Alpha Centauri.
Ale jeśli chcemy dotrzeć tam w ciągu naszego życia, to żaglowiec napędzany laserem lub coś podobnego będzie dobrym rozwiązaniem. Ludzkość spędziła ponad pół wieku, badając to, co znajduje się na naszym podwórku, a niektórzy z nas nie mogą się doczekać, co będzie dalej!
