Στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στη Σάντα Μπάρμπαρα, ερευνητές της UCSB Experimental Cosmology Group (ECG) εργάζονται επί του παρόντος για τρόπους για να επιτύχουν το όνειρο της διαστημικής πτήσης. Υπό την ηγεσία του καθηγητή Φίλιπ Λούμπιν, η ομάδα έχει αφιερώσει σημαντική προσπάθεια για τη δημιουργία μιας διαστημικής αποστολής που αποτελείται από ιστιοφόρο με κατευθυνόμενη ενέργεια και ένα διαστημόπλοιο κλίμακας γκοφρετών (WSS) «wafercraft».
Εάν όλα πάνε καλά, αυτό το διαστημικό σκάφος θα είναι σε θέση να φτάσει σχετικιστικές ταχύτητες (ένα μέρος της ταχύτητας του φωτός) και να φτάσει στο πλησιέστερο σύστημα αστεριών (Proxima Centauri) εντός της ζωής μας. Πρόσφατα, το ΗΚΓ πέτυχε ένα σημαντικό ορόσημο δοκιμάζοντας με επιτυχία μια πρωτότυπη έκδοση του wafercraft τους (γνωστό και ως "StarChip"). Αυτό συνίστατο στην αποστολή του πρωτοτύπου μέσω μπαλονιού στη στρατόσφαιρα για να δοκιμαστεί η λειτουργικότητα και η απόδοσή του.
Η έναρξη πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με τη Ναυτική Ακαδημία των Ηνωμένων Πολιτειών στην Αννάπολη στις 12 Απριλίου 2019. Αυτή η ημερομηνία επιλέχθηκε για να συμπέσει με την 58η επέτειο της τροχιακής διαστημικής πτήσης του Ρώσου κοσμοναύτη Γιούρι Γκαγκάριν, καθιστώντας τον τον πρώτο άνθρωπο που πήγε στο διάστημα . Η δοκιμή συνίστατο στην εκτόξευση του πρωτοτύπου πάνω σε ένα μπαλόνι σε υψόμετρο 32.000 m (105.000 ft) πάνω από την Πενσυλβάνια.
Όπως εξήγησε ο καθηγητής Λούμπιν σε μια συνέντευξη με τους UCSB Το τρέχον:
"Είναι μέρος μιας διαδικασίας οικοδόμησης για το μέλλον και κατά τη διάρκεια της διαδικασίας δοκιμάζετε κάθε μέρος του συστήματος για να το βελτιώσετε. Είναι μέρος ενός μακροπρόθεσμου προγράμματος για την ανάπτυξη μικροσκοπικών διαστημικών σκαφών για διαπλανητική και τελικά για διαστημική πτήση. "
Η ιδέα πίσω από το StarChip είναι απλή. Αξιοποιώντας τις εξελίξεις στη μικρογραφία, όλα τα απαραίτητα στοιχεία μιας διερευνητικής αποστολής θα μπορούσαν να τοποθετηθούν σε ένα διαστημικό σκάφος μεγέθους ανθρώπινου χεριού. Το συστατικό πανί βασίζεται στην έννοια ενός ηλιακού πανιού και εξελίξεις που γίνονται με ελαφριά υλικά. και μαζί, προσθέτουν έως και ένα διαστημικό σκάφος που θα μπορούσε να επιταχυνθεί έως και 20% την ταχύτητα του φωτός.
Για χάρη αυτής της πτήσης, η επιστημονική ομάδα που το δημιούργησε έβαλε το StarChip σε μια σειρά δοκιμών που έχουν σχεδιαστεί για να εκτιμήσουν την απόδοσή του στο διάστημα και την ικανότητα εξερεύνησης άλλων κόσμων. Εκτός από το να βλέπει πώς φέρεται στη στρατόσφαιρα της Γης (τρεις φορές υψηλότερη από το ανώτατο όριο λειτουργίας των αεροπλάνων), το πρωτότυπο συγκέντρωσε περισσότερες από 4000 εικόνες της Γης. Όπως εξήγησε ο Nic Rupert, μηχανικός ανάπτυξης στο εργαστήριο του Lubin:
«Σχεδιάστηκε για να έχει πολλές από τις λειτουργίες πολύ μεγαλύτερων διαστημικών σκαφών, όπως απεικόνιση, μετάδοση δεδομένων, συμπεριλαμβανομένων των επικοινωνιών με λέιζερ, προσδιορισμό στάσης και ανίχνευση μαγνητικού πεδίου. Λόγω των ραγδαίων εξελίξεων στη μικροηλεκτρονική μπορούμε να συρρικνώσουμε ένα διαστημικό σκάφος σε πολύ μικρότερη μορφή από ό, τι έχει γίνει στο παρελθόν για εξειδικευμένες εφαρμογές όπως η δική μας. "
Ενώ το StarChip έπαιξε άψογα σε αυτήν την πτήση, υπάρχουν μερικά τεράστια τεχνικά εμπόδια μπροστά. Λαμβάνοντας υπόψη τις σχετικές αποστάσεις - 4,24 έτη φωτός (40 τρισεκατομμύρια χλμ. 25 τρισεκατομμύρια μίλια) - και το γεγονός ότι το διαστημικό σκάφος θα πρέπει να φτάσει σε ένα κλάσμα της ταχύτητας του φωτός, οι τεχνολογικές απαιτήσεις είναι τρομακτικές. Όπως είπε ο Λούμπιν:
«Η συνηθισμένη χημική πρόωση, όπως αυτή που μας πήρε στο φεγγάρι πριν από σχεδόν 50 χρόνια μέχρι την ημέρα, θα χρειαζόταν σχεδόν εκατό χιλιάδες χρόνια για να φτάσουμε στο πλησιέστερο σύστημα αστεριών, το Alpha Centauri. Και ακόμη και η προηγμένη πρόωση όπως οι κινητήρες ιόντων θα χρειαστούν πολλές χιλιάδες χρόνια. Υπάρχει μόνο μία γνωστή τεχνολογία που μπορεί να προσεγγίσει τα κοντινά αστέρια μέσα σε μια ανθρώπινη ζωή και που χρησιμοποιεί το ίδιο το φως ως σύστημα πρόωσης. "
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις σε αυτό το σημείο είναι η δημιουργία μιας σειράς λέιζερ με βάση τη Γη που θα μπορούσε να επιταχύνει το λέιζερ. "Εάν έχετε αρκετά μεγάλη σειρά λέιζερ, μπορείτε πραγματικά να σπρώξετε τις γκοφρέτες με ένα πανί λέιζερ για να φτάσετε στο στόχο μας του 20 τοις εκατό της ταχύτητας του φωτός", πρόσθεσε ο Ρούπερτ. "Τότε θα ήσουν στο Alpha Centauri σε περίπου 20 χρόνια."
Από το 2009, το UCSB Experimental Cosmology Group ερευνά και αναπτύσσει αυτήν την ιδέα ως μέρος ενός προγράμματος NASA Advanced Concepts που ονομάζεται Starlight. Από το 2016, έχουν λάβει σημαντική υποστήριξη από το Breakthrough Initiatives (το μη κερδοσκοπικό πρόγραμμα εξερεύνησης του διαστήματος που δημιουργήθηκε από τον Yuri Milner) ως μέρος του Breakthrough Starshot.
Αντί να δημιουργήσει ένα μόνο διαστημικό σκάφος, η ομάδα ελπίζει ότι η έρευνά τους θα οδηγήσει στη δημιουργία εκατοντάδων ακόμη και χιλιάδων σκαφών waferscale που θα μπορούσαν να επισκεφθούν εξωπλανήτες σε κοντινά αστρικά συστήματα. Αυτά τα διαστημόπλοια θα καταργούσαν την ανάγκη για προωθητικό και θα μπορούσαν να κάνουν το ταξίδι μέσα σε λίγες δεκαετίες και όχι αιώνες ή χιλιετίες.
Από αυτή την άποψη, αυτά τα διαστημόπλοια θα μπορούσαν να αποκαλύψουν εάν υπάρχει ζωή πέρα από τη Γη στις ζωές μας. Μια άλλη ενδιαφέρουσα πτυχή του έργου UCSB περιλαμβάνει την αποστολή ζωής από τη Γη σε άλλους εξωπλανήτες. Συγκεκριμένα, ταρδιαβάθμια και ο νηματώδης γ.
Αυτή η πτυχή του σχεδίου τους δεν έρχεται σε αντίθεση με την πρόταση του Dr. Claudius Gros του Ινστιτούτου Θεωρητικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Goethe. Με την ονομασία "Project Genesis", η πρόταση απαιτεί διαστημικό σκάφος που προωθείται από κατευθυνόμενη ενέργεια για να ταξιδέψει σε άλλα συστήματα αστεριών και να σπείρει τυχόν "προσωρινά κατοικήσιμοι" εξωπλανήτες που βρίσκονται εκεί. Με λίγα λόγια, η ζωή θα μπορούσε να ξεκινήσει σε πλανήτες που είναι κατοικήσιμοι αλλά δεν κατοικούνται.
Όπως εξήγησε ο David McCarthy, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών στο UCSB, το να φτάσουμε στο σημείο όπου όλα είναι δυνατά είναι μια πολύ επαναληπτική διαδικασία. «Το σημείο της οικοδόμησης αυτών των πραγμάτων είναι να γνωρίζουμε τι θέλουμε να συμπεριλάβουμε στην επόμενη έκδοση, στο επόμενο τσιπ», είπε. "Ξεκινάτε με εξαρτήματα εκτός ραφιού επειδή μπορείτε να επαναλάβετε γρήγορα και φθηνά."
Με αυτήν τη δοκιμή μεγάλου υψομέτρου, η ομάδα UCSB στοχεύει σε μια πρώτη πτήση υποβρυχίων τον επόμενο χρόνο. Εν τω μεταξύ, οι εξελίξεις στην οπτική του πυριτίου και στην ενσωματωμένη φωτονική κλίμακα γκοφρετών - χάρη εν μέρει στην έρευνα που διεξάγεται από το τμήμα ηλεκτρολογίας και μηχανολόγων υπολογιστών της UCSB - μειώνουν το κόστος μαζικής παραγωγής αυτών των μικροσκοπικών διαστημοπλοίων.
Εκτός από τα διαστρικά ταξίδια, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να διευκολύνει γρήγορες, χαμηλού κόστους αποστολές στον Άρη και σε άλλες τοποθεσίες στο Ηλιακό Σύστημα. Ο καθηγητής Λούμπιν και οι συνάδελφοί του ερευνητές έχουν επίσης περάσει χρόνια διερευνώντας εφαρμογές για πλανητική άμυνα ενάντια σε κομήτες, μετριάζοντας τα διαστημικά συντρίμμια, ενισχύοντας δορυφόρους σε τροχιά γύρω από τη Γη ή εξουσιάζοντας απομακρυσμένα φυλάκια ηλιακού συστήματος. Όσον αφορά την κατευθυνόμενη ενέργεια, οι δυνατότητες είναι πραγματικά εκπληκτικές.
