Na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara badacze z UCSB Experimental Cosmology Group (ECG) pracują obecnie nad sposobami spełnienia marzeń o locie międzygwiezdnym. Grupa pod kierownictwem profesora Philipa Lubina poświęciła znaczną część wysiłku na stworzenie międzygwiezdnej misji składającej się z lekkiego żagla o ukierunkowanej energii i „wafercraft” statku kosmicznego w skali wafla (WSS).
Jeśli wszystko pójdzie dobrze, ten statek kosmiczny będzie w stanie osiągnąć relatywistyczne prędkości (część prędkości światła) i dotrzeć do najbliższego układu gwiezdnego (Proxima Centauri) w ciągu naszego życia. Niedawno EKG osiągnęło kamień milowy, pomyślnie testując prototypową wersję swoich płytek (zwaną również „StarChip”). Polegało to na wysłaniu prototypu balonem do stratosfery w celu przetestowania jego funkcjonalności i wydajności.
Start został przeprowadzony we współpracy z Akademią Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych w Annapolis w dniu 12 kwietnia 2019 r. Datę tę wybrano zbiegając się z 58. rocznicą orbitalnego lotu kosmicznego rosyjskiego kosmonauty Jurija Gagarina, co czyni go pierwszym człowiekiem, który wyruszył w kosmos . Test polegał na wystrzeleniu prototypu na pokład balonu na wysokość 32 000 m (105 000 stóp) nad Pensylwanią.
Jak wyjaśnił prof. Lubin w wywiadzie dla UCSB Obecny:
„Jest to część procesu budowania przyszłości i po drodze testujesz każdą część systemu, aby ją udoskonalić. Jest to część długoterminowego programu opracowywania miniaturowych statków kosmicznych do lotów międzyplanetarnych i ostatecznie do lotów międzygwiezdnych ”.
Pomysł StarChip jest prosty. Korzystając z postępów w miniaturyzacji, wszystkie niezbędne elementy misji eksploracyjnej można zamontować na statku kosmicznym wielkości ludzkiej ręki. Komponent żagla opiera się na koncepcji żagla słonecznego i opracowaniach wykonanych z lekkich materiałów; i razem tworzą statek kosmiczny, który można przyspieszyć do 20% prędkości światła.
Na potrzeby tego lotu zespół naukowy, który go stworzył, przeprowadził StarChip przez serię testów zaprojektowanych w celu oceny jego wydajności w przestrzeni kosmicznej i możliwości eksploracji innych światów. Poza tym, jak sprawdził się w stratosferze na Ziemi (trzykrotnie wyższy niż pułap operacyjny samolotów), prototyp zgromadził ponad 4000 zdjęć Ziemi. Jak wyjaśnił Nic Rupert, inżynier ds. Rozwoju w laboratorium Lubina:
„Został zaprojektowany z myślą o wielu funkcjach znacznie większego statku kosmicznego, takich jak obrazowanie, transmisja danych, w tym komunikacja laserowa, określanie położenia i wykrywanie pola magnetycznego. Ze względu na szybki postęp w mikroelektronice możemy zmniejszyć statek kosmiczny do znacznie mniejszego formatu niż wcześniej w przypadku wyspecjalizowanych aplikacji, takich jak nasza. ”
Podczas gdy StarChip działał bezbłędnie podczas tego lotu, przed nami jeszcze kilka technicznych przeszkód. Biorąc pod uwagę odległości - 4,24 lat świetlnych (40 bilionów km; 25 bilionów mi) - oraz fakt, że statek kosmiczny będzie musiał osiągnąć ułamek prędkości światła, wymagania technologiczne są zniechęcające. Jak powiedział Lubin:
„Zwykły napęd chemiczny, taki jak ten, który zabrał nas na Księżyc prawie 50 lat temu, zajęłoby prawie sto tysięcy lat, aby dotrzeć do najbliższego układu gwiezdnego, Alpha Centauri. Nawet zaawansowany napęd, taki jak silniki jonowe, trwałby wiele tysięcy lat. Jest tylko jedna znana technologia, która jest w stanie dotrzeć do pobliskich gwiazd w ciągu życia człowieka i która wykorzystuje samo światło jako układ napędowy. ”
Jednym z największych wyzwań w tym momencie jest zbudowanie ziemskiego układu laserowego, który byłby w stanie przyspieszyć żagiel laserowy. „Jeśli masz wystarczająco duży układ laserowy, możesz popchnąć wafle żaglem laserowym, aby osiągnąć nasz cel 20 procent prędkości światła”, dodał Rupert. „W takim razie będziesz w Alpha Centauri za jakieś 20 lat.”
Od 2009 r. UCSB Experimental Cosmology Group bada i rozwija tę koncepcję w ramach programu NASA Advanced Concepts o nazwie Starlight. Od 2016 r. Otrzymali znaczne wsparcie od Przełomowych Inicjatyw (niekomercyjnego programu eksploracji kosmosu stworzonego przez Jurija Milnera) w ramach Przełomu Starshot.
Zamiast tworzyć jeden statek kosmiczny, zespół ma nadzieję, że ich badania doprowadzą do stworzenia setek, a nawet tysięcy statków waflowych, które mogłyby odwiedzać egzoplanety w pobliskich układach gwiezdnych. Te statki kosmiczne wyeliminowałyby potrzebę stosowania paliwa i mogłyby odbyć podróż w ciągu kilku dekad, a nie stuleci lub tysiącleci.
W związku z tym te statki kosmiczne byłyby w stanie ujawnić, czy w naszych czasach życie istnieje poza Ziemią. Innym interesującym aspektem projektu UCSB jest wysyłanie życia z Ziemi na inne egzoplanety. W szczególności, tardigrades i nicienie c.
Ten aspekt ich planu nie różni się od propozycji dr Claudiusa Grosa z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Goethego. Odpowiednio nazwana „Projekt Geneza”, propozycja wzywa statek kosmiczny napędzany energią kierowaną do podróży do innych układów gwiezdnych i zaszczepienia wszelkich znajdujących się tam „przejściowo zamieszkałych” egzoplanet. Krótko mówiąc, życie zyskałoby impuls na planetach nadających się do zamieszkania, ale niezamieszkałych.
Jak wyjaśnił David McCarthy, absolwent Wydziału Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej UCSB, dojście do punktu, w którym wszystko jest możliwe, jest procesem iteracyjnym. „Budowanie tych rzeczy polega na tym, aby wiedzieć, co chcemy zawrzeć w następnej wersji, w następnym układzie” - powiedział. „Zaczynasz od gotowych komponentów, ponieważ możesz iterować szybko i niedrogo”.
Po ukończeniu tego testu na dużej wysokości grupa UCSB planuje odbyć pierwszy suborbitalny lot w przyszłym roku. Tymczasem postępy w optyce krzemowej i zintegrowanej fotonice na skalę waflową - częściowo dzięki badaniom prowadzonym przez dział inżynierii elektrycznej i komputerowej UCSB - zmniejszają koszty masowej produkcji tych małych statków kosmicznych.
Oprócz podróży międzygwiezdnych technologia ta może ułatwić szybkie, tanie misje na Marsa i inne miejsca w Układzie Słonecznym. Prof. Lubin i jego współpracownicy spędzili również lata badając zastosowania do obrony planet przed kometami, łagodząc kosmiczne śmieci, wzmacniając satelity krążące wokół Ziemi lub zdalnie zasilając odległe placówki Układu Słonecznego. Jeśli chodzi o ukierunkowaną energię, możliwości są naprawdę oszałamiające.
