Az emberiségnek egy időben olyan ambíciói voltak, amelyek olyan hihetetlen projektekhez vezettek, mint az első őrzött űrrepülés vagy a holdi küldetés. A következő lépés a bolygók gyarmatosítása, majd csillagközi utazás. A Breakthrough Starshot kezdeményezés az emberi törekvés utódja, és megígéri, hogy utat készítünk a közvetlen közelében lévő csillagok felé.
Az orosz milliárdos vállalkozó, Jurij Milner, a Breakthrough Starshot ötletgyűjtése 2016 áprilisában tette meg a jelet egy sajtótájékoztatón, amelyen neves fizikusok, köztük Stephen Hawking és Freeman Dyson vettek részt. Miközben a projekt messze nem fejeződik be, az előzetes terv több ezer postai bélyeg méretű forgács küldését nagy ezüst vitorlákra, amelyek először belépnek a Föld körüli pályára, majd a földi lézerek felgyorsítják.
Két perc lézergyorsítás mellett az űrhajó a fény sebességének egyötödére gyorsul - ezerszer gyorsabb, mint az emberiség története során felállított bármely mesterséges jármű.
Minden űrhajó 20 évig repül, és tudományos adatokat gyűjt a csillagközi térről. Miután elérte az Alpha Centauri csillagrendszer bolygóit, a beépített digitális kamera nagy felbontású fényképeket készít, és képeket küld a Földre, lehetővé téve, hogy a legközelebbi bolygószomszédainkra nézzünk. A tudományos ismeretek mellett megtudhatjuk, hogy ezek a bolygók alkalmasak-e az emberi gyarmatosításra.
A Breakthrough Starshot mögött álló csapat ugyanolyan lenyűgöző, mint a technológia. Az igazgatótanács tagjai Milner, Hawking és Mark Zuckerberg, a Facebook alkotója. Pete Warden, a NASA Ames Kutatóközpontjának korábbi igazgatója, vezérigazgatója. Számos kiemelkedő tudós, köztük a Nobel-díjasok is tanácsot ad a projektnek, és Milner 100 millió dollárt költött saját forrásaiba a munka megkezdéséhez. Kollégáikkal együtt több éven keresztül több mint 10 milliárd dollárt fektetnek be a munka befejezéséhez.
Noha ez az egész ötlet teljesen sci-fi-nak tűnik, megvalósításának nincs tudományos akadálya. Ennek azonban nem kell holnap megtörténnie: a Starshot sikeréhez számos technológiai fejlődésre van szükség. A szervezők és a tudományos tanácsadók hisznek az exponenciális haladásban, és hogy a Starshot 20 éve működik.
Az alábbiakban felsoroljuk a tizenegy Starshot technológiát és azt, hogy a tudósok mi reménykednek az elkövetkező húsz év exponenciális fejlesztésén.
Promóciós videó:
Exoplanet detektálás
Az exoplanet egy bolygó, amely kívül esik a Naprendszerünkön. Annak ellenére, hogy egy exoplanet első tudományos felfedezésére csak 1988-ban került sor, 2017. május 1-jétől 2 602 bolygórendszerben 3 608 exoplanetet fedeztek fel. Míg néhányuk hasonlít a Naprendszer bolygóira, sok szokatlan is létezik, például azok, amelyek gyűrűje 200-szor szélesebb, mint a Szaturnuszé.
Mi az oka ennek a felfedezések árvízének? A távcsövek jelentős fejlesztése.
Alig 100 évvel ezelőtt a világ legnagyobb távcsője a Hooker távcső volt, 2,54 méteres tükörrel. Manapság az ESO nagyon nagy, 8,2 méter átmérőjű teleszkópból álló, nagyon nagy távcsője a legtermékenyebb földi csillagászati berendezés, napi szakértői véleményenként egy tudományos cikk készítésével.
A tudósok az MBT-t és egy speciális eszközt használnak a csillag potenciálisan lakható övezetében található szilárd extoláris bolygók keresésére. 2016 májusában a TRAPPIST távcsövet használó tudósok chileiben nem egy, hanem hét Föld méretű egzotikus bolygót találtak egyszerre egy potenciálisan lakható övezetben.
Időközben az űrben a NASA által kifejezetten a feladathoz tervezett Kepler űrhajó már több mint 2000 exoplanetet azonosított. A James Webb Űrtávcső, amely 2018 októberében indul, példátlan betekintést nyújt arról, hogy az exoplanetek támogathatják-e az életet. "Ha ezeknek a bolygóknak légköre van, a JWST lesz a kulcsa a titkok feltárásában" - mondta Doug Hudgins, a NASA Washington DC székhelyének exoplanet tudósa.
Indítási költségek
A Starshot anyahajót a rakéta fedélzetén indítják és 1000 hajót indítanak. A hasznos rakományok egyszer használatos rakétákkal történő szállításának költségei hatalmasak, ám a magánszolgáltatók, mint például a SpaceX és a Blue Origin, sikert mutattak az újrafelhasználható rakéták elindításában, amelyek várhatóan jelentősen csökkentik az indítási költségeket. A SpaceX 60 millió dollárra csökkentette a költségeket a Falcon 9 elindításához, és ahogy a magán űripar kibővül, és az újrafelhasználható rakéták egyre gyakoribbá válnak, az ár esni fog.
Starchip
Minden 15 mm-es Starchip-nek ("csillag chip") nagyszámú kifinomult elektronikus eszközt kell tartalmaznia, mint például navigációs rendszer, kamera, kommunikációs lézer, radioizotóp-elem, kamera-multiplexer és interfésze. A mérnökök azt remélik, hogy mindezt egy kis postai bélyeg méretű gépbe préselhetik.
Végül is, az 1960-as évek első számítógépes chipei maroknyi tranzisztort tartalmaztak. A Moore-törvénynek köszönhetően ma tranzisztorok milliárdjait helyezhetjük el minden chipen. Az első digitális kamera több kilogrammot nyomott és 0,01 megapixeles képet készített. Manapság egy digitális fényképezőgép-érzékelő kiváló minőségű színes képeket készít 12 megapixeles felbontással, és beilleszthető okostelefonba - más érzékelőkkel, például GPS-vel, gyorsulásmérővel és giroszkóppal együtt. És látjuk, hogy ezek a fejlesztések bejutnak az űrkutatásba kisebb műholdakkal, amelyek minőségi adatokat szolgáltatnak nekünk.
Ahhoz, hogy a Starshot sikeres legyen, 2030-ra kb. 0,22 gramm chipre van szükségünk. De ha a fejlesztések továbbra is azonos ütemben haladnak, az előrejelzések szerint ez teljesen lehetséges.
Könnyű vitorla
A vitorlat olyan anyagból kell készíteni, amely nagyon fényvisszaverő (annak érdekében, hogy a lézer maximális impulzust nyerjen), minimálisan elnyelő (hogy ne égethesse el a hő) és ugyanakkor nagyon könnyű (megengedhető a gyors gyorsuláshoz). Ez a három kritérium rendkívül fontos, és számukra jelenleg nincs megfelelő anyag.
A szükséges előrelépések származhatnak a mesterséges intelligencia automatizálásáról és az új anyagok felfedezésének felgyorsításáról. Ez az automatizálás olyan messzire ment, hogy a gépi tanulási módszerek manapság "több tízezer pozícióban létrehozhatják a megfelelő anyagok jelöltek könyvtárait", és lehetővé teszik a mérnökök számára, hogy meghatározzák, melyikért érdemes harcolni, és melyiket érdemes bizonyos körülmények között tesztelni.
Energia tároló
Noha a Starchip egy apró radioaktív izotóp akkumulátort fog használni 24 éves utazásához, továbbra is szükségünk lesz a hagyományos kémiai elemekre a lézerek számára. A lézereknek rövid idő alatt fel kell szabadítaniuk a kolosszális energiát, azaz az energiát a közelben lévő akkumulátorokban kell tárolni.
Az akkumulátorok évente mintegy 5-8% -kal javulnak, bár ezt gyakran nem látjuk, mert az energiafogyasztás növekszik. Ha az akkumulátorok tovább javulnak ilyen sebességgel, húsz év alatt 3-5-szer nagyobb kapacitásúak lesznek, mint jelenleg. Más újítások követhetik az akkumulátoripar jelentős beruházásait. A Tesla-Solar City közös vállalkozás már 55 000-et eljuttatott Kauai-ba infrastruktúrájának nagy részének energiaellátására.
lézerek
Ezer nagy teljesítményű lézer fogja használni a kézművet a vitorla mellett.
A lézerek Moore-törvényt ugyanúgy betartották, mint az integrált áramköreket, és minden havonta megkétszerezték a teljesítményt. Az elmúlt évtizedben drasztikusan felgyorsult a dióda- és szálaszervek teljesítményének méretezése. Az első 2010-ben 10 kilovatta egymódusú szálat átszúrt, néhány hónappal később pedig a 100 kilovatt teljesítményű gátat áttörte. A nyers energián kívül a fázisú tömb lézerek kombinálásában is sikerre van szükségünk.
Sebesség
Gyors mozgásképességünk … gyorsan költözött. 1804-ben felfedezték a vonatot, és nagyon hamarosan hallhatatlan sebességet értek el 100 kilométer / óra sebességgel. A "Helios-2" űrhajó ezt a rekordot 1976-ban fecskendezte meg: a "Helios-2" leggyorsabb pillanatában 356 040 km / h sebességgel elmozdult a Földtől. 40 évvel később az New Horizons űrhajó másodpercenként 45 kilométer (több mint 200 000 kilométer / óra) helikocentrikus sebességét érte el. De még ilyen sebességnél is hosszú időbe telik, hogy elérjük a négy fényév távolságban lévő Alpha Centauri-t.
Noha a szubatomi részecskéknek a fény közelébe történő gyorsítása gyors lett, a részecskegyorsítókban a makroszkopikus tárgyak nem tudtak ilyen módon gyorsulni. Ha eléri a 20% -ot, a fénysebesség minden ember által épített tárgy sebességének 1000-szerese lenne.
Memória tárolása
A számítások alapjául az információ tárolásának képessége lett. A Starshot a digitális memória költségeinek és méretének folyamatos csökkenésétől függ, hogy elegendő tárhelyet biztosítson az Alpha Centauri csillagrendszerben és a bolygóin rögzített programokhoz és képekhez.
A memória költsége exponenciálisan csökkent évtizedek óta: 1970-ben egy megabájt körülbelül egymillió dollár volt; most - csupán fillérekért. A tároláshoz szükséges méret is csökkent, az 1956-ban villástargoncával betöltött 5 megabájtos merevlemezről az 512 gigabájt USB-memóriakártyákra, amelyek súlya néhány gramm volt.
Távközlési
Amint a Starchip elfogja a képeket, azokat vissza kell küldeni a Földre feldolgozás céljából.
A távközlés jelentősen fejlődött, mióta Alexander Graham Bell 1876-ban feltalálta a telefont. Az átlagos internetsebesség manapság körülbelül 11 megabites másodpercenként. A digitális képek 4 fényév alatt történő továbbításához szükséges sávszélességnek és sebességnek - 40 billió kilométer - a telekommunikáció legújabb fejlesztéseire van szükség.
A Li-Fi technológia rendkívül ígéretes, és vezeték nélküli átvitele 100-szor gyorsabb, mint a Wi-Fi. Kísérletek vannak a kvantum-telekommunikáció területén is, amely nem gyors, de biztonságos.
számítások
A Starchip projekt utolsó lépése az űrhajó által visszaadott adatok elemzése lesz. Ehhez a számítási teljesítmény exponenciális fejlődésére kell támaszkodnunk, amely az elmúlt 60 évben trilliószor nőtt.
Az utóbbi időben a számítástechnikai költségek csökkenését erősen összekapcsolják a felhőkkel. A jövőre nézve és olyan új számítási módszerekkel, mint a kvantum, a teljes teljesítmény 1000-szerese növekedésére számíthatunk, mire a Starshot visszaadja az adatokat. Ez a kivételes számítási teljesítmény lehetővé teszi számunkra, hogy kifinomult tudományos szimulációkat és elemzéseket végezzünk a legközelebbi szomszédos csillagrendszerünkről.
ILYA KHEL