Breakthrough Starshot - Breakthrough Starshot

Dne 24. srpna 2016 uspořádala ESO tiskovou konferenci k projednání oznámení o exoplanetě Proxima b v jejím sídle v Německu. Na tomto obrázku přednáší Pete Worden .

Průlom Starshot je výzkum a inženýrský projekt ze strany Průlom iniciativ vyvinout proof-of-concept flotilu světelné plachty mezihvězdné sondy pojmenovaných Starchip , aby byly schopny dělat cestu do Alpha Centauri hvězdného systému 4.37 světelných let daleko. Založili ji v roce 2016 Yuri Milner , Stephen Hawking a zakladatel Facebooku Mark Zuckerberg .

Proxima Centauri b , exoplaneta velikosti Země v obyvatelné zóně její hostitelské hvězdy Proxima Centauri , v systému Alpha Centauri byla navržena průletová mise . Při rychlosti mezi 15% a 20% rychlosti světla by dokončení cesty trvalo od dvaceti do třiceti let a přibližně čtyři roky pro návratovou zprávu z hvězdné lodi na Zemi.

Koncepční principy umožňující tento mezihvězdný cestovní projekt popsal v „Cestovní mapě k mezihvězdnému letu“ Philip Lubin z UC Santa Barbara . Odeslání lehké kosmické lodi zahrnuje vícekilometrovou fázovanou řadu paprskem řiditelných laserů s kombinovaným soudržným výkonem až 100 GW .

Všeobecné

Projekt byl oznámen 12. dubna 2016 na akci, kterou v New Yorku pořádal fyzik a rizikový kapitalista Yuri Milner spolu s kosmologem Stephenem Hawkingem , který sloužil jako člen představenstva iniciativ. Mezi další členy představenstva patří generální ředitel Facebooku Mark Zuckerberg . Projekt má počáteční financování 100 milionů USD na zahájení výzkumu. Milner odhaduje konečné náklady na misi na 5–10 miliard dolarů a odhaduje, že první plavidlo by mohlo být spuštěno kolem roku 2036. Pete Worden je výkonným ředitelem projektu a profesorem Avi Loeb z Harvardu je poradní sbor projektu.

Vedoucí

Řídící a poradní výbor

Cíle

Program Breakthrough Starshot si klade za cíl předvést důkaz o konceptu ultrarychlých nanoprostorových lodí poháněných světlem a položit základy pro první start Alpha Centauri v rámci příští generace. Sekundárními cíli jsou průzkum sluneční soustavy a detekce asteroidů přecházejících Zemi . Kosmická loď by proletěla kolem a případně vyfotografovala jakékoli světy podobné Zemi, které by v systému mohly existovat.

Cílová planeta

Evropská jižní observatoř (ESO) oznámila odhalení planety obíhající třetí hvězda v soustavě Alfa Centauri, Proxima Centauri v srpnu 2016. planety s názvem Proxima Centauri b obíhá uvnitř obyvatelné zóně své hvězdy. Mohlo by to být cílem jednoho z projektů průlomových iniciativ.

V lednu 2017 začaly iniciativy Breakthrough Initiatives a Evropská jižní observatoř spolupracovat při hledání obyvatelných planet v blízkém hvězdném systému Alpha Centauri. Dohoda zahrnuje iniciativy Breakthrough Initiatives poskytující finanční prostředky na upgrade nástroje VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-Infrared) na dalekohledu ESO Very Large Telescope (VLT) v Chile . Tento upgrade zvýší pravděpodobnost detekce planet v systému.

Pojem

Koncept sluneční plachty

Koncept Starshot počítá s vypuštěním „ mateřské lodi “ nesoucí asi tisíc drobných vesmírných lodí (v měřítku centimetrů) na oběžnou dráhu Země s vysokou nadmořskou výškou k nasazení. Sfázované z pozemních laserů by pak zaměří světelný paprsek na plachty řemesla, aby je urychlit jeden po druhém na cílovou rychlostí v průběhu 10 minut, s průměrnou zrychlení v řádu 100 km / s ² (10000  ɡ ) , a energie osvětlení řádově 1 TJ dodaná do každé plachty. Předběžný model plachty by měl mít povrchovou plochu 4 m × 4 m. Prezentace modelu systému Starshot z října 2017 prozkoumala kruhové plachty a zjistila, že kapitálové náklady paprskového ředitele jsou minimalizovány průměrem plachty 5 metrů.

Planeta Země o velikosti Proxima Centauri b je v obytné zóně systému Alpha Centauri . V ideálním případě by Breakthrough Starshot zamířil svou kosmickou loď do jedné astronomické jednotky (150 milionů kilometrů nebo 93 milionů mil) tohoto světa. Z této vzdálenosti mohly kamery plavidla zachytit obraz s dostatečně vysokým rozlišením, aby bylo možné vyřešit povrchové vlastnosti.

Flotila bude mít asi 1000 kosmických lodí. Každý z nich, nazývaný StarChip, by byl velmi malým centimetrem velkým vozidlem o hmotnosti několika gramů. Pohánělo by je pole pozemních laserů o výkonu 10 kW s kombinovaným výkonem až 100 GW. Roj asi 1000 jednotek by kompenzoval ztráty způsobené mezihvězdnými srážkami prachu na cestě k cíli. V podrobné studii v roce 2016 Thiem Hoang a spoluautoři zjistili, že zmírnění srážek s prachem , vodíkem a galaktickými kosmickými paprsky nemusí být tak závažný technický problém, jak se původně myslelo.

Technické výzvy

Light pohon vyžaduje obrovskou sílu: laser s gigawatt elektrické energie (zhruba výstup z velké jaderné elektrárny), by mělo jen málo newtonů na tah . Kosmická loď bude kompenzovat nízký tah tím, že má hmotnost jen několik gramů. Kamera, počítač, komunikační laser, zdroj jaderné energie a sluneční plachta musí být miniaturizovány, aby se vešly do hmotnostního limitu. Všechny součásti musí být navrženy tak, aby vydržely extrémní zrychlení , chlad, vakuum a protony. Kosmická loď bude muset přežít srážky s vesmírným prachem ; Starshot očekává, že každý čtvereční centimetr čelního průřezu se srazí vysokou rychlostí s asi tisícem částic o velikosti alespoň 0,1 μm. Zaměření sady laserů v celkové hodnotě sto gigawattů na sluneční plachtu bude obtížné kvůli atmosférickým turbulencím , proto se navrhuje použít vesmírnou laserovou infrastrukturu. Podle listu The Economist bude potřeba minimálně tucet běžně dostupných technologií zlepšit o řád .

StarChip

StarChip je název, který používají iniciativy Breakthrough Initiatives pro velmi malou mezihvězdnou kosmickou loď o velikosti několika centimetrů v gramech, představenou pro program Breakthrough Starshot, což je navrhovaná mise k pohonu flotily tisíců vesmírných sond na cestě do hvězdného systému Alpha Centauri , nejbližší extrasolární hvězdy , asi 4,37 světelných let od Země . Tato cesta může zahrnovat průlet planetou Proxima Centauri b , exoplanetou o velikosti Země, která se nachází v obyvatelné zóně její hostitelské hvězdy. Ultralehký StarChip robotické nanocraft, který je vybaven světelnými plachtami , jsou plánovány na cestování při rychlosti 20% a 15% rychlosti světla , přičemž mezi 20 a 30 let dosáhnout hvězdný systém, v tomto pořadí, a asi 4 roky až informovat Zemi o úspěšném příjezdu. Koncepční principy umožňující praktické mezihvězdné cestování popsal v „Cestovní mapě k mezihvězdnému letu“ Philip Lubin z UC Santa Barbara , který je poradcem projektu Starshot.

V červenci 2017, vědci oznámili, že prekurzory Spaceprobe, nazvaný Skřítci, byly úspěšně zahájen a protéká Polar Satellite Launch Vehicle od ISRO z Satish Dhawan vesmírné středisko . Na ISS bylo také letecky transportováno 105 skřítků na misi KickSat -2, která odstartovala 17. listopadu 2018, odkud byli nasazeni 18. března 2019. Úspěšně přenesli data, než znovu vstoupili do atmosféry a 21. března shořeli.

Komponenty

Očekává se, že každý nanopilot Spaceprobe bude mít miniaturizované kamery, navigační zařízení, komunikační zařízení, fotonové trysky a napájecí zdroj. Kromě toho by každé nanoplavidlo bylo vybaveno světelnou plachtou v měřítku jednoho metru , vyrobenou z lehkých materiálů, s hmotností v gramech.

Fotoaparáty

Předpokládá se pět digitálních fotoaparátů v subgramovém měřítku , každý s minimálním rozlišením 2 megapixely .

Procesory

V plánu jsou čtyři subgramové procesory .

Fotonové trysky

Jsou plánovány čtyři subgramové fotonové trysky, z nichž každá je minimálně schopná výkonu na úrovni 1W diodového laseru .

baterie

V plánu je 150mg atomová baterie poháněná plutoniem-238 nebo americium-241 .

Ochranný povlak

Plánuje se povlak, pravděpodobně vyrobený z beryliové mědi , který by chránil nanočástice před srážkami prachu a erozí atomových částic .

Lehká plachta

Předpokládá se, že světelná plachta nebude větší než 4 x 4 metry (13 x 13 stop), případně z kompozitního materiálu na bázi grafenu . Materiál by musel být velmi tenký a byl by schopen odrážet laserový paprsek a přitom absorbovat jen malý zlomek dopadající energie, jinak by odpařil plachtu. Světelná plachta se může během plavby také zdvojnásobit jako zdroj energie, protože srážky s atomy mezihvězdného média by přinesly výkon 60 wattů/m ² .

Laserový vysílač dat

Laserový komunikátor využívající světelnou plachtu jako primární reflektor by byl schopen datových rychlostí 2,6-15 baudů na watt přenášeného výkonu na vzdálenost k Alpha Centauri, za předpokladu, že na Zemi bude přijímat dalekohled o průměru 30 m.

Obíhat

Projekt Starshot je pro průletové mise, které míjejí cíl vysokou rychlostí. Heller a kol. navrhl, aby ke zpomalení takové sondy a umožnění jejího vstupu na oběžnou dráhu mohla být použita foto-gravitační pomoc (pomocí tlaku fotonu při manévrech podobných aerobraku ). To vyžaduje plachtu, která je mnohem lehčí a mnohem větší než navrhovaná plachta Starshot. V následující tabulce jsou uvedeny možné cílové hvězdy pro setkání s pomocným zařízením pro gravitační gravitaci. Doby cestování jsou vypočítané časy, kdy má optimalizovaná kosmická loď cestovat ke hvězdě a poté vstoupit na oběžnou dráhu kolem hvězdy.

• Následné asistence u α Cen A a B by mohly umožnit cestování na 75 let oběma hvězdám.
• Světelná plachta má nominální poměr hmotnosti k povrchu (σ _nom ) 8,6 × ^10–4 gramů m ⁻² pro nominální plachtu třídy grafenu.
• Oblast světelné plachty, asi 10 ⁵ m ² = (316 m) ²
• Rychlost až 37 300 km s ⁻¹ (12,5% c)

Další aplikace

Německý fyzik Claudius Gros navrhla, že technologie průlomu iniciativy Starshot může být použit ve druhém kroku vytvořit biosféru z jednobuněčných mikrobů pouze na jinak přechodně obyvatelných exoplanet . Sonda Genesis by cestovala nižší rychlostí, asi 0,3% rychlosti světla . Dalo by se tedy zpomalit pomocí magnetické plachty .

Viz také

Reference

externí odkazy

• Oficiální webové stránky
• Video (00:35) - Spuštění StarChip - koncept na YouTube
• Video (02:06) - Going interstellar (NASA) na YouTube
• Video (12:16) - Uspěje hvězdná cesta Starshotu? (PBS Digital Studios) na YouTube