Αυτό το διαστημικό πανί υψηλής ταχύτητας θα μπορούσε να μας μεταφέρει σε κοντινά αστρικά συστήματα

Η εντύπωση του καλλιτέχνη για το διαστημόπλοιο Starshot Lightsail που επιταχύνεται από μια διάταξη λέιζερ στο έδαφος.

Masumi Shibata/Επαναστατικές Πρωτοβουλίες

Μόνο περίπου 4 έτη φωτός από το ηλιακό μας σύστημα βρίσκεται το Alpha Centauri, μια άλλη πολυσύχναστη διαστημική περιοχή. Είναι αγκυροβολημένο από Τρία αστέρια με το ίδιο έργο με τον ήλιο μας, κρατά πλανήτες ανάλογους με τις διάσημες οκτώ σφαίρες μας και μπορεί ακόμη και να έχει ένα γήινο δίδυμο παρέα στο σαλόνι. Σχεδόν σαν μια εναλλακτική πραγματικότητα, το αστρικό σύστημα είναι μια δελεαστική περιοχή για τους εξερευνητές του διαστήματος.

Υπάρχει μόνο ένα κραυγαλέο πρόβλημα. Με την τρέχουσα τεχνολογία μας, τα διαστημικά σκάφη που στάλθηκαν στον Άλφα Κενταύρου δεν θα έφταναν μέχρι περίπου το έτος 82022. Γι’ αυτό, το 2016, ο αείμνηστος αστροφυσικός Στίβεν Χόκινγκ και ο επενδυτής Γιούρι Μίλνερ δόρυ Επαναστατικό Starshotμια πρωτοβουλία για αποστολή διαστημικών ανιχνευτών μεγέθους μικροτσίπ στο Alpha Centauri με ταχύτητα 20% της ταχύτητας του φωτόςμειώνοντας τον τεράστιο χρόνο ταξιδιού σε μόλις 20 χρόνια.

Το σχέδιό τους επικεντρώνεται γύρω από ένα φωτεινό πανί που αξιοποιεί τη δύναμη των φωτονίων, δηλαδή των σωματιδίων φωτός, που εκπέμπονται από ένα λέιζερ γης, αντί του ανέμου όπως ένα παραδοσιακό πανί. Αν και ταιριάζει απόλυτα με την τεχνολογία επιστημονικής φαντασίας του Star Trek, η ιδέα έχει αποκτήσει τόσο μεγάλη δημοτικότητα που ερευνητές σε όλο τον κόσμο άρχισαν να μελετούν πώς να ζωντανέψουν το σκάφος, ελπίζοντας να δημιουργήσουν ένα εκρηκτικό hyperdrive σε όλο το σύμπαν με ιλιγγιώδεις ταχύτητες .

Με καταγωγή από το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, μια τέτοια ομάδα αντιμετωπίζει ένα μεγάλο κομμάτι του παζλ. Σε μια δύο άρθρα που δημοσιεύθηκαν αυτόν τον μήνα στο περιοδικό Nano Letters, Οι ερευνητές έχουν προτείνει έναν τρόπο για να διασφαλιστεί ότι αυτά τα καινοτόμα διαστημόπλοια δεν θα αποκολληθούν από έντονους παλμούς λέιζερ κατά τη διάρκεια του διαστρικού ταξιδιού δύο δεκαετιών. Βασικά, οι ερευνητές προτείνουν ότι το πανί πρέπει να «φουσκώνει» στο κενό του διαστήματος, όπως τα τυπικά πανιά σκαφών κυματιστά στη μέση των ανέμων της Γης.

εγγύτητα

Μια απεικόνιση του πώς μπορεί να μοιάζει ένα από τα αστέρια του Alpha Centauri, Proxima Centauri. Το κόκκινο αστέρι νάνος φαίνεται στο κέντρο, οι δύο κοντινοί πλανήτες του και τα άλλα δύο δυαδικά αστέρια του Άλφα Κενταύρου στο βάθος.

Λοράν Σαντινέλι

«Ορισμένες από τις φιγούρες του φωτεινού πανιού στην αρχή ήταν φουσκωμένες, κάποιες όχι, αλλά αυτό δεν έχει μελετηθεί καλά», είπε ο συγγραφέας της μελέτης Igor Bargatin, αναπληρωτής καθηγητής στο τμήμα μηχανολογίας και μηχανικής. Πενσυλβάνια. «Αυτό που κάναμε είναι να δείξουμε ότι πρέπει πραγματικά να ανέβεις.

«Συνειδητοποιήσαμε ότι οι άνθρωποι δεν είχαν εξετάσει πραγματικά τη μηχανική του προβλήματος, και ειδικότερα την πιθανότητα δακρύων», πρόσθεσε ο Μπαργκάτιν. «Θέλουμε να βεβαιωθούμε ότι εάν και όταν υλοποιηθεί αυτή η ιδέα, οι άνθρωποι δίνουν προσοχή σε πράγματα που μπορεί να συμβούν κατά την επιτάχυνση.

«Δεν θέλουμε αυτά τα πανιά να αποτύχουν».

Παράμετροι διαστρικών πλοίων

Φανταστείτε ένα σκάφος να βγαίνει στη θάλασσα με ένα πανί συνδεδεμένο. Το πανί θα σηκώνεται με κάθε ριπή ανέμου και θα ωθήσει το πλοίο προς τα εμπρός. Αυτή η πρόωση συμβαίνει επειδή ο άνεμος που χτυπά το πανί αναπηδά, δημιουργώντας πίεση.

Τα φωτεινά πανιά δεν είναι τόσο διαφορετικά.

«Όταν τα φωτόνια χτυπούν το φωτεινό μας πέπλο, αντανακλώνται και επίσης δημιουργούν πίεση», είπε ο Bargatin. “Ο ακριβής μηχανισμός είναι λίγο διαφορετικός γιατί μιλάμε για μόρια ελαφρού αέρα έναντι πραγματικών μορίων αέρα. Αλλά εξακολουθούν να δημιουργούν πίεση και στις δύο περιπτώσεις.” Στην πραγματικότητα, αυτές οι συσκευές έχουν ήδη αποδειχθεί σε κάποιο βαθμό.

Το 2010, η Ιαπωνική Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης εκτόξευσε μια αποστολή ελαφρού πανιού με το όνομα Ίκαρος και το θεώρησε επιτυχία. Το 2019, το πειραματικό LightSail 2 ακολούθησε το παράδειγμά τους. Χρηματοδοτήθηκε από μια εκστρατεία Kickstarter που ξεκίνησε από τους Bill Nye και Neil DeGrasse Tyson, μετακίνησε έναν μικρό δορυφόρο στο διάστημα χρησιμοποιώντας τη δύναμη καθαρών φωτονίων.

jaxa_2.jpg

Το ηλιακό πανί που ήταν το επίκεντρο του ιαπωνικού έργου Ikaros.

Ιαπωνική Υπηρεσία Εξερεύνησης Διαστήματος

Αλλά τόσο το Ikaros όσο και το LightSail 2 χρησιμοποίησαν φως που προερχόταν από τον ήλιο, σε αντίθεση με την όραση δέσμης λέιζερ του Breakthrough Starshot.

Αν και το ηλιακό φως μειώνει τον κίνδυνο δακρύων, είναι πολύ αδύναμο για την προσπάθεια του Starshot. Επιπλέον, λέει ο Bargatin, οι παλμοί φωτός Starshot πρέπει να συμβαίνουν μέσα σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα, επειδή μόλις το ελαφρύ πανί απομακρυνθεί πολύ από τη Γη, οι επιστήμονες χάνουν την ικανότητά τους να το επιταχύνουν αποτελεσματικά.

Εν ολίγοις, για να φτάσει το ένα πέμπτο της ταχύτητας του φωτός – ώστε να μπορεί να έχει πρόσβαση στον Άλφα Κενταύρου μέσα στα επιθυμητά 20 χρόνια – μέσα σε ένα αυστηρό παράθυρο, τα πέπλα φωτός θα χρειάζονταν εξαιρετικά ισχυρούς παλμούς φωτός, δυνατοί μόνο με λέιζερ.

πέπλο φωτός

Η εντύπωση του καλλιτέχνη για το Lightsail 2 σε τροχιά γύρω από τη Γη.

Η πλανητική κοινωνία

«Οι πιέσεις σχεδιασμού στα ελαφριά πανιά μας δεν είναι τεράστιες», είπε ο Bargatin. «Είναι σχεδόν το ίδιο με το να έχεις μια δεκάρα στο χέρι». Με επιστημονικούς όρους, η πίεση ανέρχεται σε περίπου 10 πασκάλ, λέει ο Bargatin, αλλά σκεφτείτε πώς περνάμε τη ζωή μας χωρίς να ανησυχούμε για την ελαφριά πίεση. καθόλου.

Δέκα Πασκάλ φωτεινής δύναμης απαιτούν σημαντική ποσότητα ισχύος λέιζερ, επομένως, σε αντίθεση με τους Ίκαρους που χορεύουν με θορυβώδεις ηλιαχτίδες, τα πέπλα φωτός που δίνονται από τους εξαιρετικά σκληρούς παλμούς λέιζερ μπορεί να καταστραφούν σοβαρά.

Πώς να φτιάξετε ένα ανθεκτικό ελαφρύ πανί

Σύμφωνα με τους ερευνητές, ισχυροί παλμοί λέιζερ θα μπορούσαν να δημιουργήσουν πίεση αρκετά ισχυρή ώστε να λυγίσει και να σκίσει το φύλλο όπως ένα τεντωμένο πανί βάρκας μπορεί να σκίσει εάν χτυπηθεί από μια γιγάντια ριπή ανέμου.

Πιστεύουν ότι τα ελαφριά πανιά πρέπει να έχουν την ικανότητα να «φουσκώνουν» και να σχηματίζουν ένα καμπύλο σχήμα σαν ένα αλεξίπτωτο. Το μήκος του πανιού και η ακτίνα καμπυλότητας, εξηγεί ο Bargatin, θα πρέπει να είναι περίπου 3 μέτρα. Στα νέα τους άρθρα, οι συγγραφείς περιγράφουν τα γεωμετρικά μέτρα που εξασφαλίζουν τη βέλτιστη διόγκωση.

Ωστόσο, ακόμη και ένα ελαφρύ πανί προστατευμένο από δάκρυα θα συναντήσει άλλα εμπόδια. Για να ξεπεραστούν αυτά τα προβλήματα, η κύρια παράμετρος που πρέπει να ληφθεί υπόψη είναι το υλικό του πανιού. Τα φύλλα πρέπει να είναι ισχυρά για ανθεκτικότητα, ελαφριά για να ελαχιστοποιηθεί η δύναμη λέιζερ, να αντανακλούν αποτελεσματικά το φως για ιδανική πρόωση και να απομακρύνουν τη θερμότητα που παράγεται από τους παλμούς λέιζερ.

Εάν αυτό το τελευταίο στοιχείο δεν ληφθεί μέριμνα, λέει ο Bargatin, το πανί θα μπορούσε κυριολεκτικά να λιώσει στον χώρο.

“Μπορείτε να βρείτε έναν συνδυασμό υλικών. Το πάχος αυτών των υλικών και οι καμπύλες γεωμετρίες θα επέτρεπαν στο πανί να επιβιώσει στις πιέσεις που σχεδιάζουμε αυτή τη στιγμή”, είπε ο Bargatin, σημειώνοντας ότι η ομάδα του μελετά κυρίως ένα υλικό που ονομάζεται μολυβδαίνιο. δισουλφίδιο.

Στο μεγάλο σχέδιο των πραγμάτων, ωστόσο, η κατασκευή της τεράστιας συστοιχίας λέιζερ που θα οδηγήσει τα Light Sails προς τα εμπρός θα είναι ένα μεγάλο εμπόδιο. Ερευνητές που εργάζονται στις διαστημικές επικοινωνίες, λέει ο Bargatin, ψάχνουν επίσης να ανακτήσουν πληροφορίες από τον ανιχνευτή τσιπ που είναι συνδεδεμένος στο ελαφρύ πανί.

starshot-nanochip-v2-1

Ο ανιχνευτής μικροτσίπ που προσφέρεται από το Starshot.

Darius Farraye/CNET

Εάν ο μηχανισμός Breakthrough Starshot λειτουργήσει ποτέ, θα είναι μια αληθινή απόδειξη της λαμπρότητας της ανθρωπότητας στην επιστήμη. Σε μια ανακοίνωση για τους τεράστιους στόχους του οργανισμού πριν από έξι χρόνια, είπε ο Χόκινγκ:

“Πιστεύω ότι αυτό που μας κάνει μοναδικούς είναι η υπέρβαση των περιορισμών μας. Η βαρύτητα μας καθηλώνει, αλλά μόλις πέταξα στην Αμερική. Έχασα τη φωνή μου, αλλά μπορώ ακόμα να μιλήσω, χάρη στο συνθεσάιζερ φωνής μου Πώς ξεπερνάμε αυτά τα όρια;

«Με το μυαλό μας και τις μηχανές μας».

READ  Τουριστικό πιπέρι ψεκάστηκε χθες στο μετρό, απογοητευτική αλληλεπίδραση με την αστυνομία μεταφορών

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.