5 Велика питања о Старсхот Наноцрафт технологији

Руски милијардер Јури Милнер и чувени астрофизичар Стивен Хокинг најавили су у уторак свој план од 100 милиона долара за проучавање Алпха Центаури, најближег звезданог система Земљи (удаљен само 4.37 светлосних година). Циљ је, између неколико различитих научних истраживања, да се у основи пронађе да ли ванземаљци постоје на том врату шуме, или барем ако постоје планете или месеци у систему способни да подрже живот.

Пројекат је назван "Бреактхроугх Старсхот", који се састоји од слања ултра-лаганих летилица (названих "СтарЦхипс") на путу ка Алпха Центаури, ношеном свјетлосним бродом који се покреће свјетлосним снопом од 100 гигавата.

Ово је само врх леденог брега. Читав план се појављује или као луди геније, или једноставно луд. Што више копате, међутим, све се више чини да би план Милнера и његове посаде могао бити изводљив.

То је зато што технологија коју предлажу није заправо далеко од подручја могућности. То свакако разгранава машту, али то не разбија. Технологију свјетлосних сигнала већ тестира неколицина истраживачких група, укључујући и ону коју је организовао Билл Ние. Пораст ЦубеСатс-а као ефикасног и јефтиног начина спровођења свемирских истраживања показао је колико се може постићи стварањем мањих, лакших летилица. Нанокрафтови које је погодио Старсхот је само логичан корак у том правцу.

Ипак, постоје обиље Питања која остају о томе како ће доврага Милнер, Хавкинг, па чак и Фацебоок оснивач Марк Зуцкерберг (инвеститор) ово урадити. Ево пет највећих питања о технологији нанокрафта и систему лансирања светлосног снопа - и неке одговоре који би могли пружити неки увид.

Свјетлосне зраке као погонска технологија - објасните!

План Старсхота да лансира ове наноцрафт бебе не користи гориво и ватру - користи светлост и ласере. Високотемпературни фокусирани ласери су већ десетљећима извор интрига за пропулзионе инжењере, али тек недавно можемо коначно замислити да користимо такву технологију у неколико апликација - укључујући помицање орбиталних остатака изван путање критичних сателита. На крају крајева, светлост је енергија способна да примени силу на систем.

То је кључна реч: цонцеиве. Још увек морамо да направимо ласерски зрак који може да убије још један објекат у простор кроз чисту силу фотона. Научници раде на технологијама хибридног погона који би користили ласере у комбинацији са конвенционалнијим методама, али не као једини потисни гас.

Можда говорите: "Али како онда соларно једро треба да ради у свемиру?" Па, технологија соларног једра захтева да се фотони произведени сунчевим зрацима користе за погон једра (и његовог свемирског брода) напред. Међутим, једро стиже у свемир, али ипак: ракете.

Старсхот тврди да свјетлосни сноп - низ ласера ​​постављених на скали од једног километра - може потенцијално осигурати до 100 гигавата енергије снопа зрака. Не бисмо користили један ултра-велики ласер, већ много мањих. Можда милионе, или стотине милиона.

Може ли то бити довољна сила да извуче нанокрафтове из Земљине атмосфере и гравитационе силе? Можда. Милнер мисли да Старсхот има већу шансу постављајући лансирну рампу на високој надморској висини, попут пустиње Атацама. (Ево четири сугестије које смо направили данас.) Такође је довољно суво да се смањи вероватноћа да се водена пара може изградити и створити додатну тежину на свемирском броду или омести снагу ласера ​​док гура свемирску летелицу горе.

Ако све прође добро, сонде ће бити на путу за Алпха Центаури на 100 милиона миља на сат, и доћи до система у року од 20 година.

Лигхтсаилс су супер танке и супер деликатне. Како ова ствар треба да преживи лансирање? Како би требало да преживи камење и прашину која се врти око простора двадесет година?

Светлосна светиљка је направљена од ултра-танког “метаматеријала” (термин који се односи на експерименталне материјале) дизајниран да покупи долазеће фотоне из извора светлости и користи их као силу притиска која се врши на самом једру. Као резултат, једро је у стању да се креће напријед и чак убрзава до много већих брзина.

Као што сам већ поменуо, лигхтаилс нису нове. Билл Ние и Планетарно друштво раде на пројекту лигхтаил који настоји доказати одрживост такве технологије као економичан дизајн пропулзије летјелице. НАСА покреће извиђач у близини Земље (НЕА Сцоут) 2018. године Орион за инаугурациону мисију за Спаце Лаунцх Систем, која ће се пробити до оближњег астероида путем проширивог соларног једра.

Оба ова светла упадају у исти проблем сударајући се са међузвезданом прашином и остацима који би могли пробити рупе у једру и избацити из колосека целу ствар. То је прилично различита могућност, али је ограничена с неколико разматрања.

Прво: простор је велика. Има много делова материје који плутају около, али није као овде на Земљи где су честице у ваздуху свуда где се окрећемо. Објекти у свемиру су удаљени миље - само 10 до чак милијун, али ипак миља. Могућност ударања у нешто - док је стварна - још увијек је релативно удаљена.

Друго, ова једра су посебно дизајнирана да остану релативно чврста у оштећењима. Узмите, на пример, НЕА извиђача. НАСА је тестирала колико добро светиљка може да одржи структурни интегритет чак и ако је ту и тамо погођена са неколико делова свемирског смећа. Све док не дође до катастрофалне повреде (као, рецимо, астероид величине Тексаса у летелицу), НЕА Сцоут још увек може да се креће напред и маневрира се на команде НАСА-е.

Старсхот нанокрафтови морају да се боре и са овим проблемима. Предвиђа се да ће се њихове свјетлосне ознаке протезати до нечега на скали од неколико метара, тако да ће бити прилично мале. Али они ће бити дебели само неколико стотина атома и имати масу од око једног грама. Они су довољно мали да би избегли скоро сваку врсту надолазећег броја објеката који плутају око свемира - али у несретним шансама које добију, читава свемирска летелица ће вероватно бити уништена. А ми не знамо ништа о садржају прашине у Алпха Центаури.

Али постоји један велики проблем са којим се наноцрафт мора суочити - не распадајући се током лансирања светлосног снопа. Очекује се да ће једро бити погођено снопом који ће износити око 60 пута више сунчеве свјетлости која погоди Земљу у било којем тренутку. Једро треба не само да се задржи од топљења, већ и да успије да уђе у свемир без да га атмосферске силе истргну на комаде. Процењено је да би један део од 100.000 ласера ​​био више него довољан да испари једро. Ово никада раније није урађено. Не знамо колико ће тестирања морати да спроведе Старсхот пројекат пре него што овај део буде исправан.

Како ради СтарЦхип? Које врсте података треба да прикупи?

Старцхипс - који су изграђени на скали од једног грама и који се могу уклопити у длан руке - неће бити најсавременији систем који нам помаже да нам помогну нешто попут ровера Цуриосити или Кеплер свемирског телескопа. проучавати различите светове у простору. Они ће бити врло основни. Циљ је да се на чип ставе четири камере (свака по два мегапиксела) које ће омогућити врло елементарну слику Алпха Центаури и различитих планета и сателита система.

Тај податак би се вратио на Земљу користећи антену дугачку метар дугачку, или можда чак и помоћу свјетлосне свјетиљке како би се олакшале комуникације засноване на ласеру које би могле усмјерити сигнал натраг према Земљи.

То изгледа довољно стандардно. Шта би нам тачно требало да покажу те слике?

У томе лежи још једна непознаница. Када астрономи процене потенцијал других светова да буду усељиви, они гледају на мноштво различитих података, од температура планета, састава, удаљености од звезде домаћина, знакова садашње атмосфере - и још много тога. Многе од ових ствари могу се мјерити само кроз различите типове камера које могу видјети преко електромагнетног спектра. Нанокрафтови у овом тренутку би били покренути на камерама које нису превише сличне ономе што користимо на нашим паметним телефонима. То једва да је корисно за стварно разумевање само да ли планета или месец могу да поднесу било какву врсту живота, или већ показују знаке живота.

Ипак, када узмете у обзир да је циљ послати вишеструке мале летелице у удаљени систем који јесте мултипле светлосних година удаљених за мање од две деценије, морате негде смањити трошкове.

Чак и ако ова ствар преживи пут до Алпха Центаури, како би требало да живи довољно дуго да прикупи довољно корисних података?

Дуговечност је кључна за пројекат Старсхот. Потребно је да нанокрафт остане покретан неколико деценија да би заиста искористио свој пуни истраживачки потенцијал. У ту сврху, Пробојна иницијатива предлаже извор енергије на бази плутонијума-238 или Америцијума-241, тежине не веће од 150 милиграма.

У основи, како се изотопи плутонијума или Америцијума распадају, напунит ће ултра-кондензатор који ће укључити СтарЦхип компоненте потребне за снимање слика и њихово враћање на Земљу. Термоелектрични извор енергије би такође могао да се примени како би се искористиле предности фронталних површина нанокрафта које се повећавају док се она приближава атмосфери других светова.

Фотоволтаика - претварање сунчеве светлости у енергију - такође се разматра. Један прототип соларног једра који је Јапан тестирао прије шест година, ИКАРОС, обојио је површину свог соларног једра фотонапонским суставом. Ово је непрактично када наноцрафт коначно излази из граница Сунчевог система, али би могао бити користан за то трајање да би се сачувала још већа снага батерије.

Велико је питање да ли можете држати такве јефтине материјале одрживим у периоду од 20 до 50 година. У идеалном сценарију, вероватно је да ће се вероватно догодити да ће сваки нанокрафт само прикупити податке за релативно кратак временски период - око неколико месеци. Ако су Милнер и компанија заиста постављени на масовну производњу тих ствари, онда они не би требали имати проблема да пошаљу гомилу у сваком смјеру да истраже колико год могу о Алпха Центаури. Очекивати да ће свако радити годинама на крају је прилично непрактично ако не можемо директно интервенирати и премјестити њихова кретања у нове правце.

Цост

Милнеров изражени циљ је да сваки нанокрафт направи око трошкова који су потребни за изградњу иПхоне-а. Свака комбинација СмартЦхип и лигхтсаил не би требала бити већа од неколико стотина долара - а циљ је наставити с додавањем бољих технологија јер оне постају све мање и јефтиније тијеком година.

У стварности, најскупљи (и можда најмање изводљив) део овог пројекта је светлосни сноп. Причамо о 100 гигавата струје за два минута да би испалили проклету ствар. Један гигават може напајати 700.000 домова. То је довољно за 70.000.000 домова.

То је довољно да се задржи више малих земаља. То је 100 пута већа количина коју производи типична нуклеарна електрана. Запањујуће је чак и схватити како ће прикупити толико енергије на једном мјесту да би лансирали гомилу нанокрафтова у свемир.

Укупни трошак паљења свјетлосних снопа би требао бити, према једном коментатору на Бреактхроугх веб страници, 70.000 $.

Да, видећемо о томе …