Το όνειρο του ταξιδιού σε ένα άλλο σύστημα αστεριών, και ίσως ακόμη και η εύρεση κατοικημένων κόσμων εκεί, είναι αυτό που απασχολούσε την ανθρωπότητα για πολλές γενιές. Αλλά μόνο μέχρι την εποχή της εξερεύνησης του διαστήματος οι επιστήμονες μπόρεσαν να διερευνήσουν διάφορες μεθόδους για να κάνουν ένα διαστρικό ταξίδι. Ενώ πολλά θεωρητικά σχέδια έχουν προταθεί με την πάροδο των χρόνων, πολλή προσοχή τον τελευταίο καιρό έχει επικεντρωθεί σε διαστημικούς ανιχνευτές που κινούνται με λέιζερ.
Η πρώτη μελέτη εννοιολογικού σχεδιασμού, γνωστή ως Project Dragonfly φιλοξενήθηκε από το Initiative for Interstellar Studies (i4iS) το 2013. Η ιδέα ζήτησε τη χρήση λέιζερ για την επιτάχυνση ενός ελαφρού πανιού και διαστημικού σκάφους στο 5% της ταχύτητας του φωτός, φτάνοντας έτσι στην Alpha Κένταυροι σε περίπου έναν αιώνα. Σε ένα πρόσφατο άρθρο, μια από τις ομάδες που συμμετείχαν στον διαγωνισμό σχεδιασμού αξιολόγησε τη σκοπιμότητα της πρότασής τους για ένα φωτιστικό και μαγνητικό πανί.
Το άρθρο, με τίτλο «Project Dragonfly: Sail to the stars», δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Astra Astronautica. Η μελέτη διευθύνθηκε από τον Tobias Häfner, απόφοιτο του Πανεπιστημίου Paul Sabatier (UPS) Τουλούζη και σημερινό μηχανικό συστημάτων στην Open Cosmos Ltd. Συνοδεύτηκε από μέλη της Oxford Space Systems, του Μεταπτυχιακού Πανεπιστημίου για Προχωρημένες Σπουδές (SOKENDAI) και Τεχνολογίες ΑΚΚΑ.
Όσον αφορά τις διαστημικές έννοιες της αποστολής, ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια ήταν πάντα ο χρόνος ταξιδιού. Όπως δείξαμε σε ένα προηγούμενο άρθρο, θα χρειαζόταν οπουδήποτε από 1.000 έως 81.000 χρόνια χρησιμοποιώντας την τρέχουσα τεχνολογία για να φτάσετε στο Alpha Centauri. Ενώ υπάρχουν πολλές θεωρητικές μέθοδοι που θα μπορούσαν να προσφέρουν μικρότερους χρόνους ταξιδιού, περιλαμβάνουν είτε τη φυσική που δεν έχει ακόμη αποδειχθεί ή θα ήταν απαγορευτικά δαπανηρή.
Εξ ου και η έκκληση ενός φωτιστικού, που εκμεταλλεύεται τις πρόσφατες εξελίξεις στη μικρογραφία για τη δημιουργία ενός μικρότερου και λιγότερο ακριβού διαστημικού σκάφους. Ένα άλλο πλεονέκτημα, τουλάχιστον θεωρητικά, είναι ότι ένα τέτοιο διαστημικό σκάφος θα μπορούσε να επιταχυνθεί σε ένα κλάσμα της ταχύτητας του φωτός και, ως εκ τούτου, θα μπορούσε να καλύψει την απέραντη απόσταση μεταξύ του Ηλιακού μας Συστήματος και του πλησιέστερου αστέρα σε λίγες δεκαετίες ή έναν αιώνα .
Όπως σημειώθηκε, το i4iS - μια εθελοντική οργάνωση που είναι αφιερωμένη στο να κάνει τα διαστημικά διαστημικά ταξίδια πραγματικότητα στο εγγύς μέλλον - ξεκίνησε την πρώτη μελέτη εννοιολογικού σχεδιασμού για τα φώτα το 2013. Ακολούθησε το 2014 με διαγωνισμό για το σχεδιασμό ενός διαστημικού σκάφους που θα να είναι σε θέση να προσεγγίσει το Alpha Centauri μέσα σε 100 χρόνια χρησιμοποιώντας υπάρχουσες ή βραχυπρόθεσμες τεχνολογίες.
Οι τέσσερις φιναλίστ παρουσίασαν τα σχέδιά τους σε ένα εργαστήριο που πραγματοποιήθηκε στη Βρετανική Διαπλανητική Εταιρεία τον Ιούλιο του 2015. Η ιδέα που υπέβαλε η ομάδα του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου κέρδισε, η οποία στη συνέχεια ξεκίνησε μια εκστρατεία Kickstarter για να συγκεντρώσει χρήματα για το σχέδιό τους. Ο σχεδιασμός που υποβλήθηκε από την ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, στη συνέχεια εξελίχθηκε στο σχεδιασμό για το Breakthrough Starshot του Breakthrough Initiatives.
Ο επικεφαλής συγγραφέας Hafner και οι συνεργάτες του ήταν μέρος της ομάδας CranSEDS, η οποία αποτελούνταν από μηχανικούς και επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Cranfield του Ηνωμένου Βασιλείου, το Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Skolkovo (Skoltech) στη Ρωσία και την UPS στη Γαλλία. Σε αυτήν την τελευταία μελέτη, αυτός και μερικά από τα πρώην μέλη της ομάδας του παρουσίασαν την ιδέα της αποστολής τους ως μέρος μιας μελέτης σκοπιμότητας.
Για χάρη αυτής της μελέτης, εξέτασαν κάθε πτυχή της αρχιτεκτονικής αποστολής του φωτός. Αυτό κυμαινόταν από το μέγεθος του πανιού, τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή του, το μέγεθος του ανοίγματος λέιζερ, την τοποθέτηση του λέιζερ, το βάρος του διαστημικού σκάφους και τη μέθοδο που χρησιμοποίησε το διαστημικό σκάφος για επιβράδυνση μόλις πλησίασε τον προορισμό του.
Στο τέλος, η αρχιτεκτονική της αποστολής που επινόησαν ζήτησε τη χρήση 100 GWs ισχύος λέιζερ για την επιτάχυνση ενός διαστημικού σκάφους 2750 kg (~ 6000 lbs) στο 5% της ταχύτητας του φωτός - με αποτέλεσμα έναν χρόνο ταξιδιού περίπου ενός αιώνα έως Alpha Centauri. Το πανί θα αποτελείται από μονοστιβάδα γραφενίου διαμέτρου 29,4 km (18,26 mi), απαιτώντας έτσι λέιζερ με διάμετρο 29,4 km (18,26 mi).
Αυτό το λέιζερ θα τοποθετηθεί κοντά στον Ήλιο (είτε στο Earth-Sun L1 Lagrange Point είτε σε τροχιά Cislunar) και θα τροφοδοτείται από τεράστια ηλιακά πάνελ. Για να επιβραδυνθεί, το διαστημικό σκάφος θα απομακρύνει το ελαφρύ πανί και θα αναπτύξει ένα μαγνητικό πανί που αποτελείται από μεταλλικά σύρματα. Αυτό το πανί θα σχηματίσει μια κυλιόμενη δομή διαμέτρου περίπου 35 km (22 mi) και βάρους 1000 kg (2200 lbs).
Μόλις αναπτυχθεί, το μαγνητικό πανί θα αναχαιτίσει το πλάσμα από το διαστρικό μέσο και τον ηλιακό άνεμο από το Alpha Centauri για να επιβραδυνθεί και να εισέλθει στο σύστημα. Αυτή η αρχιτεκτονική, καταλήγουν, θα επιτύχει μια ισορροπία μεταξύ μάζας και ταχύτητας, θα επέτρεπε στην αποστολή να φτάσει στο Alpha Centauri σε μόλις πάνω από 100 χρόνια και να της επιτρέψει να διεξάγει επιστημονικές επιχειρήσεις κατά την άφιξη.
Όπως δείχνουν στη μελέτη τους, αυτός ο τύπος αρχιτεκτονικής αποστολής προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα, μεταξύ των οποίων το γεγονός ότι ένα μεγαλύτερο διαστημικό σκάφος θα μπορούσε να μεταφέρει περισσότερα στον τρόπο των οργάνων και να συλλέξει περισσότερα επιστημονικά δεδομένα από ένα διαστημικό σκάφος κλίμακας γραμμάριο (όπως και με το Breakthrough Starshot's StarChip). Όπως κατέληξαν:
«Και τα δύο [λέιζερ και μαγνητικά πανιά] έχουν το πλεονέκτημα ότι κανένα προωθητικό δεν χρειάζεται να μεταφερθεί στο διαστημικό σκάφος… Η αποστολή βασίζεται σε τεχνολογίες που είναι επί του παρόντος διαθέσιμες ή υπό ανάπτυξη, αλλά θα χρειαστούν εκτεταμένες βελτιώσεις για την κατασκευή της απαιτούμενης διαστημικής υποδομής… Με βασική γραμμή αποστολής πολλαπλών διαστημικών σκαφών, το σύστημα λέιζερ χρησιμοποιείται για εύλογο χρονικό διάστημα. Τα μαθήματα που αντλήθηκαν και τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από το πρώτο διαστημικό σκάφος θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να βελτιώσουν τα ακόλουθα. "
Αναγνωρίζουν επίσης τις προκλήσεις που θα αντιμετώπιζε μια τέτοια αποστολή, οι οποίες περιλαμβάνουν την ανάγκη για κατασκευές μεγέθους χιλιομέτρου στο διάστημα. Τέτοιες δομές θα έπρεπε να χτιστούν σε τροχιά, πράγμα που θα απαιτούσε πρώτα την ανάπτυξη εγκαταστάσεων κατασκευής τροχιακών. Και φυσικά, το λέιζερ και άλλα κρίσιμα συστήματα θα χρειαστούν περαιτέρω βελτίωση και ανάπτυξη. Ωστόσο, η ιδέα, σύμφωνα με τη μελέτη τους, είναι εφικτή και τεχνικά ορθή.
Ορισμένοι, ωστόσο, έχουν τις αμφιβολίες τους. Για παράδειγμα, υπάρχει ο Δρ Claudius Gros, ένας θεωρητικός φυσικός από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Goethe της Φρανκφούρτης. Ο Gros είναι ένας μακροχρόνιος υποστηρικτής της χρήσης τεχνολογίας λέιζερ πανιών για χάρη της κατασκευής ενός διαστημικού διαστημικού σκάφους και έχει πραγματοποιήσει θεωρητικές εργασίες για τη χρήση μαγνητικών πανιών για να επιβραδύνει ένα τέτοιο διαστημικό σκάφος.
Είναι επίσης ο ιδρυτής του Project Genesis, μια πρόταση για την αποστολή διαστημικού σκάφους με λέιζερ ιστιοφόρο εξοπλισμένο με εργοστάσια γονιδίων ή κρυογονικά λοβό σε άλλα συστήματα αστεριών, όπου θα διανέμουν μικροβιακή ζωή σε «προσωρινά κατοικήσιμους εξωπλανήτες - δηλαδή πλανήτες που μπορούν να στηρίξουν τη ζωή, αλλά δεν είναι πιθανό να το δημιουργήσουν μόνοι τους. Όπως εξέφρασε στο Space Magazine μέσω email:
“Όσον αφορά την επιβράδυνση με ένα μαγνητικό πεδίο, αυτό στην πραγματικότητα δεν είναι δυνατό εντός των παραμέτρων που υποτίθεται. Θα χρειαζόταν ένα μαγνητικό πανί βάρους αρκετών εκατοντάδων τόνων για να κάνει τη δουλειά όταν το σκάφος ταξιδεύει στο 5% της ταχύτητας του φωτός και όταν πρέπει να σταματήσει μέσα σε 20 χρόνια, όπως υποτίθεται στο παρόν έγγραφο. Για να επιταχυνθεί ένα τόσο βαρύ σκάφος, θα απαιτηθούν πολύ ισχυρότερα συστήματα εκτόξευσης. "
Η έννοια της χρήσης λέιζερ ή ηλιακών πανιών για τη διεξαγωγή διαστρικών αποστολών έχει βαθιές ρίζες. Ωστόσο, μόνο τα τελευταία χρόνια, οι προσπάθειες για τη δημιουργία τέτοιων διαστημικών σκαφών έχουν πραγματικά συγκεντρωθεί. Προς το παρόν, υπάρχουν πολλές έννοιες που προσφέρουν διαφορετικές αρχιτεκτονικές αποστολών, όλες που έχουν το μερίδιο των προκλήσεων και των πλεονεκτημάτων τους.
Με πολλές προτάσεις που βρίσκονται τώρα σε εξέλιξη - η οποία περιλαμβάνει την πρόταση του Haefner και του συναδέλφου του, το σχέδιο Dragonfly του ii4S και Breakthrough Starshot - θα είναι πολύ ενδιαφέρον να δούμε ποιες (αν υπάρχουν) από τις τρέχουσες ιδέες φώτα θα προσπαθήσουν να κάνουν το ταξίδι στο Alpha Centauri τις επόμενες δεκαετίες.
Θα είναι εκείνο που θα φτάσει εκεί μέσα στη ζωή μας, ή θα είναι ικανό να στείλει περισσότερα με τον τρόπο των επιστημονικών δεδομένων; Ή θα μπορούσε να είναι ένας συνδυασμός των δύο, ένα είδος βραχυπρόθεσμης / μακροπρόθεσμης συμφωνίας; Δύσκολο να πω. Το θέμα είναι ότι, το όνειρο της ανέγερσης μιας διαστημικής αποστολής μπορεί να μην παραμείνει ένα όνειρο για πολύ περισσότερο.
