Unelma matkustamisesta toiseen tähtijärjestelmään ja ehkä sieltä jopa asuttujen maailmojen löytäminen on se, joka on huolestuttanut ihmiskuntaa useiden sukupolvien ajan. Mutta vasta avaruustutkimuksen aikakaudella tutkijat ovat kyenneet tutkimaan erilaisia menetelmiä tähtien välisen matkan tekemiseksi. Vaikka vuosien varrella on ehdotettu monia teoreettisia suunnitelmia, viime aikoina on kiinnitetty paljon huomiota laserin liikkeisiin tähtienvälisiin koettimiin.
Ensimmäistä konseptisuunnittelututkimusta, joka tunnetaan nimellä Project Dragonfly, isännöi Interstellar Studies -aloite (i4iS) vuonna 2013. Konsepti vaati käyttämään lasereita kiihdyttämään kevyt purje ja avaruusalukset viiteen prosenttiin valon nopeudesta, saavuttaen siten Alfa-alfa Centauri noin vuosisadalla. Äskettäisessä lehdessä yksi suunnittelukilpailuun osallistuneista joukkueista arvioi kevyen purjeen ja magneettisen purjeen ehdotuksensa toteutettavuutta.
Paperi, jonka otsikko on ”Projektin sudenkorento: purjehti tähtiin”, julkaistiin äskettäin tieteellisessä lehdessä Astra Astronautica. Tutkimusta johti Tobias Häfner, Paul Sabatier (UPS) Toulouse-yliopiston tutkinnon suorittanut ja nykyinen järjestelmäinsinööri Open Cosmos Ltd: ssä. Hänen yhteyteen osallistuivat Oxford Space Systemsin, syventävän yliopiston (SOKENDAI) jäsenet ja AKKA Technologies.
Tähtienvälisten tehtäväkonseptien suhteen yksi suurimmista kompastuskohdista on aina ollut mukana oleva matka-aika. Kuten osoitimme edellisessä artikkelissa, Alpha Centauriin pääsy nykyisen tekniikan avulla kestää 1000 - 81 000 vuotta. Vaikka on olemassa useita teoreettisia menetelmiä, jotka voisivat tarjota lyhyempiä matka-aikoja, niihin sisältyy joko fysiikkaa, joka ei ole vielä todistettu tai jotka olisivat kohtuuttoman kalliita.
Tästä syystä valopurjeen vetoomus, jossa hyödynnetään viimeaikaista kehitystä miniatyrisoinnissa, luoda pienempi ja halvempi avaruusalus. Toinen etu, ainakin teoreettisesti, on, että tällainen avaruusalusta voitaisiin kiihdyttää murto-osaan valon nopeudesta, ja siksi se pystyisi kattamaan valtavan etäisyyden aurinkokunnan ja lähimmän tähden välillä muutamassa vuosikymmenessä tai yhdellä vuosisadalla .
Kuten todettiin, i4iS - vapaaehtoisjärjestö, joka on sitoutunut tekemään tähtienvälisiä avaruusmatkoja todellisuudeksi lähitulevaisuudessa - käynnisti ensimmäisen valonheittimien käsitteellisen suunnittelututkimuksen vuonna 2013. Tätä seurasi vuonna 2014 kilpailu suunnitellakseen avaruusalusta, joka kyettävä saavuttamaan Alpha Centauri 100 vuoden kuluessa käyttämällä olemassa olevaa tai lähiajan tekniikkaa.
Neljä finalistia esittelivät suunnittelunsa heinäkuussa 2015 pidetyssä British Interplanetary Society -tapahtumassa. Münchenin teknillisen yliopiston tiimin esittämä konsepti voitti, joka sitten käynnisti Kickstarter-kampanjan kerätäkseen rahaa suunnitteluunsa. Kalifornian yliopiston San Diegon tiimin toimittama muotoilu on sittemmin kehittynyt Breakthrough Initiatives -projektin Breakthrough Starshot -malliin.
Johtava kirjailija Hafner ja hänen kollegansa olivat osa CranSEDS-tiimiä, joka koostui insinööreistä ja tutkijoista Yhdistyneen kuningaskunnan Cranfield-yliopistosta, Skolkovon tiede- ja teknologiainstituutista (Skoltech) Venäjältä ja UPS: stä Ranskassa. Tässä viimeisimmässä tutkimuksessa hän ja jotkut hänen entisistä ryhmän jäsenistä esittelivät tehtäväkonseptinsa osana toteutettavuustutkimusta.
Tämän tutkimuksen vuoksi he ottivat huomioon kaikki purjeveneen tehtävänarkkitehtuurin kaikki näkökohdat. Tämä vaihteli purjeen koosta, sen rakentamiseen käytetyistä materiaaleista, laseraukon koosta, laserin sijainnista, avaruusaluksen painosta ja menetelmästä, jota avaruusalus käytti hidastamaan, kun se saavutti määränpäähänsä.
Loppujen lopuksi heidän keksintönsä arkkitehtuurissa kehotettiin käyttämään 100 GW laservoimaa 2750 kg: n (~ 6000 lbs) avaruusaluksen kiihdyttämiseen 5%: n valonopeuteen - johtaen noin vuosisadan matka-aikaan. Alpha Centauri. Purje koostuisi grafeenikerroksesta, jonka halkaisija on 29,4 km (18,26 mi), jolloin tarvitaan laser, jonka halkaisija on 29,4 km (18,26 mi).
Tämä laser sijoitettaisiin auringon läheisyyteen (joko Earth-Sun L1 Lagrange -pisteeseen tai Cislunar-kiertoradalle), ja se saa virtansa massiivisilta aurinkopaneeleilta. Hidastaakseen avaruusalus purkaisi kevyen purjeen ja lähettäisi metallilangoista koostuvan magneettisen purjeen. Tämä purje muodostaa silmukkarakenteen, jonka halkaisija on noin 35 km (22 mi) ja joka painaa 1000 kg (2200 lbs).
Käynnistyksen jälkeen magneettinen purje sieppaa plasman tähtienvälisestä väliaineesta ja aurinko tuulen Alpha Centaurista hidastuessaan ja pääsemään järjestelmään. Heidän mukaansa tämä arkkitehtuuri saavuttaisi tasapainon massan ja nopeuden välillä, antaisi operaation päästä Alpha Centauriin hieman yli 100 vuodessa ja antaa sille mahdollisuuden suorittaa tiedeoperaatioita saapuessaan.
Kuten he ilmoittavat tutkimuksessaan, tämän tyyppisellä operaatioarkkitehtuurilla on monia etuja, joista vähiten mainittakoon se, että suurempi avaruusalus kykenee kuljettamaan enemmän välineitä ja keräämään enemmän tieteellistä tietoa kuin gramman mittainen avaruusalus (kuten Läpimurto Starshot's StarChip). Kuten he päättelivät:
”Sekä [laser- että magneettipurjeilla] on se etu, että mitään ajoainetta ei tarvitse kuljettaa avaruusaluksessa… Tehtävä perustuu tekniikoihin, joita on tällä hetkellä saatavana tai kehitteillä, mutta jotka tarvitsevat laajoja parannuksia tarvittavan avaruusinfrastruktuurin rakentamiseksi ... monen avaruusaluksen operaation lähtötasona, lasersysteemiä käytetään kohtuullisen ajan. Ensimmäisestä avaruusaluksesta saatuja kokemuksia ja kerättyjä tietoja voidaan käyttää seuraavien parantamiseksi. ”
He tunnustavat myös haasteet, joita tällainen operaatio aiheuttaisi, mukaan lukien kilometrikokoisten rakenteiden tarve avaruudessa. Tällaiset rakenteet olisi rakennettava kiertoradalle, mikä edellyttäisi ensin kiertoradan valmistuslaitosten kehittämistä. Ja tietysti laser ja muut tärkeät järjestelmät tarvitsevat edelleen parannusta ja kehittämistä. Kuitenkin käsite on heidän tutkimuksensa mukaan toteutettavissa ja teknisesti hyvä.
Jotkut kuitenkin epäilevät. Esimerkiksi täällä on tohtori Claudius Gros, teoreettinen fyysikko Goethen yliopiston Frankfurtin teoreettisen fysiikan instituutista. Gros on pitkäaikainen kannattaja, joka käyttää laserpurjetekniikkaa tähtienvälisen avaruusaluksen rakentamiseksi, ja on suorittanut teoreettista työtä magneettipurjeiden käytöstä hidastaakseen tällaista avaruusalusta.
Hän on myös perustaja Project Genesikselle, ehdotukselle lähettää geenitehtailla tai kryogeenisillä palkoilla varustetut laserpurjevetoiset avaruusalukset muihin tähtijärjestelmiin, joissa ne jakaisivat mikrobien elämän "väliaikaisesti asuttaville eksoplaneetoille" eli planeetoille, jotka pystyvät tukemaan elämää, mutta ei todennäköisesti aiheuta sitä yksin. Kuten hän ilmaisi Space Magazinelle sähköpostitse:
“Mitä tulee hidastuvuuteen magneettikentän kanssa, se ei todellakaan ole mahdollista oletettujen parametrien sisällä. Useiden satojen tonnin painoinen magneettipurje kestää työn, kun vene risteilee 5 prosentilla valon nopeudesta ja kun sen on pysähdyttävä 20 vuoden kuluessa, kuten tässä asiakirjassa oletetaan. Tällaisen raskaan veneen kiihdyttämiseksi tarvitaan paljon vahvempia laukaisujärjestelmiä. "
Laserien tai aurinkopurien käytön ajatuksella tähtienvälisissä tehtävissä on juuret. Kuitenkin vasta viime vuosina pyrkimykset tällaisten avaruusalusten luomiseksi ovat todella tulleet yhteen. Tällä hetkellä on monia konsepteja, jotka tarjoavat erilaisia operaatioarkkitehtuureja, joille kaikille on omat haasteensa ja etunsa.
Ii4S: n Dragonfly-konsepti on nyt kehitteillä useilla ehdotuksilla - joihin sisältyy Haefnerin ja hänen kollegansa ehdotus ja Läpimurto Starshot - on erittäin mielenkiintoista nähdä, mitkä nykyisistä valopurjekonsepteista (jos sellaisia on) yrittävät matkustaa Alpha Centauriin tulevina vuosikymmeninä.
Tuleeko se sellaiseksi, joka pääsee sinne elämämme aikana, vai sellainen, joka pystyy lähettämään enemmän tieteellisen tiedon tavalla? Vai voisiko se olla näiden kahden yhdistelmä, eräänlainen lyhytaikainen / pitkäaikainen kauppa? Vaikea sanoa. Asia on, että unelma tähtienvälisen tehtävän suorittamisesta ei välttämättä jää unelmaksi kauan.
