I april avslöjade den ryska miljardären Yuri Milner och den berömda kosmologen Stephen Hawking Projekt Starshot . Som den senaste satsningen av Genombrottsinitiativ , Starshot skapades med syftet att skicka en liten rymdfarkost till det närliggande stjärnsystemet Alpha Centauri under de kommande decennierna.
Att förlita sig på ett segel som skulle drivas upp till relativistiska hastigheter av lasrar, skulle detta farkost teoretiskt kunna göra att resan bara är 20 år. Naturligtvis har detta projekt lockat sin beskärda del av belackare. Även om idén att skicka ett stjärnskepp till ett annat stjärnsystem under vår livstid verkligen är tilltalande, innebär det många utmaningar.
Breakthrough Starshot är inte en som drar sig undan för eventuella problem. Breakthrough Starshot har börjat finansiera den nödvändiga forskningen för att säkerställa att deras koncept kommer att fungera. Resultaten av deras första forskningsansträngning dök upp nyligen i arXiv, i en studie med titeln ' Relativistiska rymdfarkosters interaktion med det interstellära mediet '.
Project Starshot, ett initiativ sponsrat av Breakthrough Foundation, är tänkt att vara mänsklighetens första interstellära resa. Kredit: breakthroughinitiatives.org
Genom att bedöma riskerna med interstellära resor, tar detta dokument upp det största hotet när det gäller relativistisk hastighet: katastrofala kollisioner! För att uttrycka det milt, rymden är inte precis ett tomt medium (trots vad namnet kan antyda). I sanning finns det många saker där ute på den 'stjärniga motorvägen' som kan orsaka en dödsolycka.
Till exempel, i det interstellära rymden, finns det moln av dammpartiklar och till och med herrelösa gasatomer som är resultatet av stjärnformationer och andra processer. Varje rymdfarkost som färdas med 20 % av ljusets hastighet (0,2 c) kan lätt skadas eller förstöras om den råkade ut för en kollision med även den minsta av denna partikel.
Forskargruppen leddes av Dr. Chi Thiem Hoang, en postdoktor vid Kanadensiska institutet för teoretisk astrofysik (CITA) vid University of Toronto. Som Dr. Hoang sa till Universe Today via e-post:
'För att utvärdera riskerna beräknade vi energin som varje interstellär atom eller stoftkorn överför till fartyget längs projektilens väg i fartyget. Denna förvärvade energi värmer snabbt upp en plats på fartygets yta till hög temperatur, vilket resulterar i skada genom att minska materialets styrka, smältning eller avdunstning.”
Utformningen av solsystemet, inklusive Oorts moln, i logaritmisk skala. Kredit: NASA
Kort sagt, risken för en kollision kommer inte från den fysiska påverkan, utan från den energi som genereras på grund av att rymdskeppet färdas så snabbt. Men vad de fann var att även om kollisioner med små dammkorn är mycket sannolika, skulle kollisioner med tyngre atomer som kan göra mest skada vara mer sällsynta.
Ändå kommer skadorna från så många små kollisioner säkert att öka med tiden. Och det skulle bara ta en kollision med en större partikel för att avsluta uppdraget. Som Dr Hoang förklarade:
'Vi fann att fartyget skulle skadas av kollision med tunga atomer och dammkorn i det interstellära mediet. Tunga atomer, mestadels järn, kan skada ytan till ett djup av 0,1 mm. Ännu viktigare är att skeppets yta eroderas gradvis av dammkorn, till ett djup av cirka 1 mm. Fartyget kan bli fullständigt förstört om det stöter på ett mycket stort dammkorn större än 15 mikron, även om det är extremt sällsynt.'
När det gäller skador, vad de bestämde var att varje järnatom kan producera ett skadespår på 5 nanometer tvärs över, medan ett typiskt dammsilikatkorn bara mäter 0,1. mikron tvärs över (och innehåller cirka en miljard järnatomer) skulle kunna producera en stor krater på fartygets yta.
En fasad laseruppsättning, kanske i den höga öknen i Chile, driver fram segel på sin resa. Kredit: Breakthrough Initiatives.
Med tiden skulle den kumulativa effekten av denna skada utgöra en stor risk för fartygets överlevnad. Som ett resultat rekommenderade Dr Hoang och hans team att viss skärmning skulle behöva monteras på fartyget, och att det inte skulle skada att 'röja vägen' lite också.
'Vi rekommenderade att skydda fartyget genom att sätta en sköld på cirka 1 mm tjocklek gjord av starkt material med hög smälttemperatur som grafit.' han sa. 'Vi föreslog också att man skulle förstöra interstellärt damm genom att använda en del av energin från laserkällor.'
Starshot är det senaste i en lång rad riktade energikoncept som har sin existens att tacka professor Phillip Lubin. En professor från University of California, Santa Barbara (UCSB), Lubin är också sinnet bakom Riktad energiframdrivning för Interstellar Exploraiton (DEEP-IN)-projektet och Riktad energiinterstellär studie .
Dessa projekt, som finansieras av NASA, syftar till att utnyttja tekniken bakom riktad energiframdrivning för att snabbt skicka uppdrag till Mars och andra platser i solsystemet i framtiden. Långsiktiga tillämpningar inkluderar interstellära uppdrag, liknande Starshot.
Konstnärens intryck av den jordliknande exoplaneten som upptäcktes i omloppsbana Alpha Centauri B i av European Southern Observatory den 17 oktober 2012. Kredit: ES
Andra intressanta projekt som övervakas av Lubin och UCSB-labbet inkluderar Riktat energisystem för inriktning av asteroider och utforskning (DE-STAR). Detta system kräver användning av lasrar för att avleda asteroider, kometer och andra jordnära objekt (NEO) som utgör en trovärdig risk för nedslag.
I samtliga fall föreslås riktad energiteknik som lösningen på problemen med rymdresor. När det gäller Starshot inkluderar dessa (men är inte begränsade till) ineffektivitet, massa och/eller de begränsade hastigheterna hos konventionella raketer och jonmotorer.
Som professor Lubin berättade för Universe Today via e-post, är han och hans kollegor överens med forskargruppen och deras resultat:
'Den senaste artikeln av Hoang et al återbesöker avsnittet (7) i vår tidning' En färdplan till Interstellar Flight ” som diskuterar vår beräkning för effekterna av ISM på rymdfarkosten i waferskala. Deras allmänna slutsats om effekterna av gas- och stoftkollisioner var i huvudsak densamma som vår, nämligen att det är ett problem, men inte ett dödligt sådant, om man använder rymdfarkostens geometri som vi rekommenderar i vår artikel, nämligen orientera rymdfarkostens kant på (som en frisbee under flygning) och använd sedan en kantbeläggning (vi använder [Beryllium], de använder grafit).'
'När det gäller segelinteraktionerna med ISM rekommenderar vi att du antingen roterar seglet så att det är kant på (nedre tvärsnittet) eller kastar ut seglet efter de första minuterna av acceleration eftersom det inte längre behövs för acceleration. Dock. Eftersom vi vill använda seglet som en reflektor för laserkommunikationen föredrar vi att behålla det, även om en sekundär reflektor skulle kunna sättas in senare i uppdraget om det skulle behövas. Dessa detaljerade frågor kommer att vara en del av den utvecklande designfasen.'
Faktum är att det finns många säkerhetsrisker som måste beaktas innan något uppdrag till det interstellära rymden kan monteras. Men som denna senaste studie har visat – vilket professor Lubin håller med om – är de inte oöverstigliga, och ett uppdrag till Alpha Centauri (eller, håll tummarna, Proxima Centauri!) skulle kunna utföras om lämpliga försiktighetsåtgärder vidtas.
Vem visste att framtiden för rymdresor skulle vara precis så cool som vi har fått oss att tro – komplett med lasrar och skärmning?
Och se till att njuta av den här videon från NASA 360 , som behandlar riktad energiframdrivning:
Vidare läsning: arXiv