5 Dideli klausimai apie „Starshot Nanocraft“ technologiją

Antradienį Rusijos milijardierius Jurijus Milneris ir garsus astrofizika Stephen Hawking paskelbė apie 100 milijonų JAV dolerių planą studijuoti Alpha Centauri, artimiausią žvaigždės sistemą į Žemę (vos 4,37 metrų). Tikslas, tarp kelių skirtingų mokslinių tyrimų, yra iš esmės rasti, ar užsieniečiai egzistuoja toje miško kakle, ar bent jau, jei sistemoje yra planetų ar mėnulių, galinčių palaikyti gyvenimą.

Šis projektas vadinamas „Breakthrough Starshot“ - tai itin lengvų erdvėlaivių (vadinamų „StarChips“) siuntimas į Alpha Centauri, kurį gabena 100 gigavatų šviesos spindulių.

Tai tik ledkalnio viršūnė. Visas planas išeina kaip beprotiškas genijus, arba tiesiog beprotiškas. Kuo daugiau jūs kasti, tuo labiau atrodo, kad Milnerio ir jo įgulos planas gali būti įgyvendinamas.

Taip yra todėl, kad siūloma technologija iš tikrųjų nėra toli nuo galimybės. Tai tikrai išsiplėtė vaizduotę, tačiau ji nepažeidžia. „Lightsail“ technologiją jau išbando nemažai mokslinių tyrimų grupių, tarp jų ir Bill Nye. „CubeSats“ augimas, kaip efektyvus ir nebrangus kosmoso tyrimų atlikimo būdas, iš tikrųjų parodė, kiek galima gauti kuriant mažesnius, lengvesnius erdvėlaivius. „Nanocrafts“, kaip „Starshot“, yra tik logiškas žingsnis šia kryptimi.

Vis dėlto yra daug apie klausimus, kurie lieka apie tai, kaip pragaras Milner, Hawking ir net „Facebook“ įkūrėjas Markas Zuckerbergas (investuotojas) ketina tai išjungti. Čia pateikiami penki didžiausi klausimai apie nanocraft technologiją ir šviesos spindulių paleidimo sistemą - ir kai kurie atsakymai, kurie gali suteikti šiek tiek įžvalgos.

Šviesos sijos kaip varomosios technologijos - paaiškinkite!

„Starshot“ planas paleisti šiuos nanocraft kūdikius nenaudoja degalų ir ugnies - jis naudoja šviesą ir lazerius. Didelio galingumo, tiksliniai lazeriai jau dešimtmečius buvo varomosios inžinierių intrigos šaltinis, tačiau tik neseniai galime pagaliau įsivaizduoti, kad tokią technologiją galima panaudoti keliose taikomosiose programose, įskaitant judančių orbitų šiukšles iš kritinių palydovų kelio. Galų gale, šviesa yra energija, galinti daryti jėgas sistemai.

Tai raktinis žodis, nors: suvokti. Mes dar turime sukurti lazerio spindulį, kuris gali nušauti kitą objektą į erdvė per fotonų jėgas. Mokslininkai dirba su hibridinėmis varomosiomis technologijomis, kuriose lazeriai būtų naudojami kartu su tradiciniais metodais, bet ne kaip vienintelis variklis.

Galbūt jūs sakote: „Bet kaip saulė burė turėtų dirbti erdvėje?“ Na, saulės buriavimo technologija reikalauja naudoti fotonus, pagamintus saulės spinduliais, kad laivas (ir jo erdvėlaivis) būtų priekyje. Plaukioja burlaivis, o tai reiškia: raketos.

„Starshot“ teigia, kad šviesos spindulių pluoštas - lazerių masyvas, sukurtas kilometrų pločio mastu, galbūt galėtų suteikti iki 100 gigavatų šviesos energijos. Mes neturėtume naudoti vieno itin didelio lazerio, bet daugelio mažesnių. Galbūt milijonai ar šimtai milijonų.

Ar tai gali būti pakankamai jėga, kad nanomedžiagos išgautų iš Žemės atmosferos ir gravitacinės traukos? Gal būt. Milner mano, kad „Starshot“ yra geresnė šansas, nes ji yra aukšto lygio aplinkoje, pavyzdžiui, „Atacama“ dykumoje. (Štai keturi pasiūlymai, kuriuos šiandien pateikėme.) Tai taip pat gana sausas, kad sumažėtų tikimybė, kad vandens garai gali sukurti ir sukurti papildomą svorį erdvėlaiviui arba trukdyti lazerio jėgai, kai ji stumia erdvėlaivį.

Jei viskas gerai vyksta, zondai eis į Alpha Centauri 100 milijonų mylių per valandą ir pasieks sistemą per 20 metų.

„Lightsails“ yra labai ploni ir labai subtilūs. Kaip šis dalykas turėtų išgyventi? Kaip ji turėtų išgyventi uolų ir dulkių, besisukančių aplink erdvę dvidešimt metų?

„Lightsail“ yra pagamintas iš ultra-plono „metamedžiagos“ (vadinamasis terminas, susijęs su eksperimentinėmis medžiagomis), sukurtas tam, kad pasiektų besiartinančius fotonus iš šviesos šaltinio ir panaudotų juos kaip slėgio jėgą, kuri patiria buriavimą. Dėl to burė gali judėti į priekį ir netgi paspartinti iki daug didesnio greičio.

Kaip minėjau, lightsails nėra naujas. Billas Nye ir Planetų draugija dirba su „lightsail“ projektu, kuriuo siekiama įrodyti tokios technologijos, kaip rentabilios erdvėlaivių varomosios konstrukcijos, gyvybingumą. „NASA“ 2018 m. Pradeda skraidyti „beveik žemės“ asteroidų skautą (NEA Scout) Orionas už kosmoso paleidimo sistemos įkūrimo misiją, kuri padės išplėsti saulės burę.

Abi šios šviesos alyvos patenka į tą pačią susidūrimo su tarpžvaigždinėmis dulkėmis ir šiukšlėmis problemą, kuri galėtų pakelti skyles bures ir nuvažiuoti iš viso. Tai gana aiški galimybė, tačiau ji apsiriboja keliais argumentais.

Pirma: erdvė didelis. Aplink aplinkui yra daug bitų, bet čia ne taip, kaip ant žemės, kur mes visur sukame daleles ore. Objektai erdvėje yra mylių atstumu - iki 10 iki tiek milijonų, bet mylių. Galimybė pataikyti kažką - nors tikra - vis dar yra gana nutolusi.

Antra, šie burės buvo specialiai suprojektuoti taip, kad jie išliktų palyginti kieti. Paimkite, pavyzdžiui, NEA skautą. NASA išbandė, kaip gerai jos šviesos skystis gali išlaikyti struktūrinį vientisumą, net jei jis čia ir ten nukentėjo keliose erdvėse. Tol, kol nėra katastrofiškos traumos (pvz., „Asteroid“, kuris yra Teksaso statinio dydis į kosminį laivą), NEA skautai vis dar gali judėti į priekį ir manevruoti pagal NASA komandas.

„Starshot“ nanocrafts taip pat turi kovoti su šiomis problemomis. Prognozuojama, kad jų šviesos spinduliai išsiskleidžia į kažką per keletą metrų skalę, todėl jie bus gana maži. Bet jie bus tik keli šimtai atomų storio ir jų masė yra apie 1 gramas. Jie yra pakankamai maži, kad būtų išvengta beveik bet kokio artėjančio objektų skaičiaus, plūduriuojančio aplink kosmosą - bet nesėkmingais šansais, kuriuos jie gauna, visas kosminis laivas greičiausiai bus sunaikintas. Ir mes nieko nežinome apie dulkių kiekį Alpha Centauri.

Tačiau yra viena didelė problema, su kuria turi susidurti vien tik nanocraftas, o ne šviesos spindulių paleidimo metu. Tikimasi, kad burlaivis nukentės nuo spindulio, kuris sudarys apie 60 kartų daugiau saulės spindulių, kurios bet kuriuo metu patenka į Žemę. Burė turi ne tik laikytis lydymosi, bet ir sugebėti patekti į kosmosą be atmosferos jėgų skaldymo. Apskaičiuota, kad viena dalis 100 000 lazerio būtų daugiau nei pakankamai, kad būtų išgarintas burė. Tai dar nebuvo padaryta anksčiau. Nenurodoma, kiek bandymų „Starshot“ projektui reikės atlikti, prieš pradedant gauti šią dalį.

Kaip veikia StarChip? Kokius duomenis reikia surinkti?

Žvaigždžių laivai, statomi pagal vieno gramo skalę ir sugebantys įsitaisyti į delno rankas, nebus naujausia sistema, kuri kažką panašaus į „Smalsumo roverį“ arba „Kepler kosminį teleskopą“ mums padėjo studijuoti įvairius pasaulius erdvėje. Jie bus labai paprasti. Tikslas yra klijuoti keturias kameras (kiekvienas iš dviejų megapikselių) į lustą, kuris leis atlikti labai paprastą Alpha Centauri ir skirtingų sistemos planetų ir mėnulių vaizdą.

Šie duomenys būtų perduodami atgal į Žemę, naudojant ištraukiamą metrų ilgio anteną, arba galbūt net naudojant „lightsail“, kad palengvintų lazeriniu ryšiu, kuris galėtų sutelkti signalą atgal į Žemę.

Tai atrodo pakankamai standartiška. Ką būtent jie turėtų rodyti mums?

Čia yra dar vienas nežinomas. Kai astronomai vertina kitų pasaulių potencialą gyventi, jie žiūri į skirtingų duomenų nužudymą, pradedant nuo planetos temperatūros, sudėties, atstumo nuo priimančiosios žvaigždės, dabartinės atmosferos požymių ir daug daugiau. Daugelis šių dalykų gali būti išmatuojami tik naudojant įvairias kameras, kurios gali matyti per elektromagnetinį spektrą. Šiuo metu nanocraftai veiktų ne fotoaparatuose, ne pernelyg skirtingai nuo mūsų naudojamų išmaniųjų telefonų. Tai vos naudinga tikrai suprasti, ar planeta ar mėnulis gali išlaikyti bet kokį gyvenimą, ar jau rodo gyvenimo požymius.

Vis dėlto, kai manote, kad tikslas yra siųsti kelis mažus erdvėlaivius į tolimą sistemą, kuri yra daugkartinis praėjus mažiau nei dvidešimčiai metų, turite kažkur sumažinti išlaidas.

Net jei šis dalykas išliktų kelionė į Alpha Centauri, kaip turėtų gyventi pakankamai ilgai, kad surinkti pakankamai naudingų duomenų?

Ilgaamžiškumas yra labai svarbus „Starshot“ projektui. Nanokraftas turi išlikti maitinamas kelis dešimtmečius, kad iš tiesų galėtų pasinaudoti visais jų mokslinių tyrimų potencialais. Šiuo tikslu „Breakthrough“ iniciatyva siūloma įrengti energijos šaltinį, pagrįstą plutoniu-238 arba Americium-241, kuris sveria ne daugiau kaip 150 miligramų.

Iš esmės, kai plutonis arba Americiumo izotopas išnyksta, jis užkrautų ultra-kondensatorių, kuris įjungia StarChip komponentus, reikalingus fotografuoti ir perduoti juos atgal į Žemę. Taip pat galėtų būti įdiegtas termoelektrinis energijos šaltinis, kad būtų galima pasinaudoti nanocrafts frontalinio paviršiaus temperatūra, kai ji pradeda artėti prie kitų pasaulio atmosferų.

Taip pat svarstomas saulės šviesos įjungimas į energiją. Vienas prieš šešerius metus Japonijoje išbandytas saulės burių prototipas, IKAROS, savo saulės burės paviršių nudažė su fotovoltika. Tai netikslinga, kai nanocraftas pagaliau išeina iš saulės sistemos ribų, tačiau gali būti naudinga tam, kad sutaupytų dar daugiau energijos.

Didžiausias klausimas yra tai, ar galite išlaikyti tokias nebrangias medžiagas gyvybingas per 20–50 metų. Idealiu atveju, greičiausiai, greičiausiai atsitiks, kad tikimasi, kad kiekvienas nanocraftas rinks duomenis tik palyginti trumpą laiką - apie kelis mėnesius. Jei Milneris ir kompanija iš tikrųjų nustatytų masinį šių dalykų gamybą, tada jiems neturėtų kilti problemų siunčiant krūvą visomis kryptimis, kad būtų galima ištirti, kiek jie gali apie „Alpha Centauri“. Tikėdamiesi, kad kiekvienas jų veiks metų pabaigoje, yra gana neįprasta, jei negalime tiesiogiai įsikišti ir perkelti jų judėjimą į naujas kryptis.

Kaina

Milnerio išreikštas tikslas yra padaryti kiekvieną nanocraft apie tai, kokią kainą reikia norint sukurti „iPhone“. Kiekviena „SmartChip“ ir „lightsail“ kombinacija turi būti ne daugiau kaip kelis šimtus dolerių, o tikslas - išlaikyti geresnes technologijas, nes jos vis mažiau brangsta per metus.

Iš tikrųjų brangiausia (ir, be abejo, mažiausiai įmanoma) šio projekto dalis yra šviesos spindulys. Mes kalbame apie 100 gigavatų galios dvi minutes, kad užgesintume prakeiktą daiktą. Vienas gigavatas gali pajusti 700 000 namų. Taigi pakanka 70 000 000 namų.

Pakanka, kad galėtumėte išlaikyti kelias mažas šalis. Tai 100 kartų didesnė už tipinės atominės elektrinės pagamintą kiekį. Prakeikimas yra netgi suvokti, kaip jie ketina surinkti šią daug energijos į vieną vietą, kad paleistų į kosmosą nanotechnologijų krūva.

Bendra vieno „lightbeam“ šaudymo kaštų kaina, pagal vieną komentarą „Breakthrough“ svetainėje, yra $ 70,000.

Taip, pamatysime, kad …