På en gang hadde menneskeheten ambisjoner som førte til så utrolige prosjekter som den første bemannede flukten ut i verdensrommet eller et oppdrag til månen. Neste trinn vil være kolonisering av planeter, og deretter interstellare reiser. Breakthrough Starshot Initiative er etterfølgeren til den menneskelige ambisjonen og lover å bane vei for stjernene i umiddelbar nærhet.
Gjennombrudd Starshot, hjernebarn til den russiske milliardærgründeren Yuri Milner, ble berømt i april 2016 på en pressekonferanse deltatt av anerkjente fysikere inkludert Stephen Hawking og Freeman Dyson. Mens prosjektet er langt fra fullført, innebærer den foreløpige planen å sende tusenvis av frimerker med frimerkestørrelse på store sølvseil, som først vil komme inn i Jordens bane og deretter bli akselerert av bakkebaserte lasere.
Om to minutters laserakselerasjon vil romskipet akselerere til en femtedel lysets hastighet - tusen ganger raskere enn noe kunstig kjøretøy i hele menneskehetens historie.
Hvert romfartøy vil fly i 20 år og samle vitenskapelige data om interstellar rom. Når det kommer til planetene i stjernesystemet Alpha Centauri, vil det innebygde digitale kameraet ta høyoppløselige fotografier og sende bilder tilbake til Jorden, slik at vi kan se på våre nærmeste planetariske naboer. I tillegg til vitenskapelig kunnskap, kan vi finne ut om disse planetene er egnet for menneskelig kolonisering.
Teamet bak Breakthrough Starshot er like imponerende som teknologien. Styret inkluderer Milner, Hawking og Mark Zuckerberg, skaperen av Facebook. Pete Warden, tidligere direktør for NASAs Ames Research Center, er administrerende direktør. Flere prominente forskere, inkludert nobelprisvinnere, gir råd til prosjektet, og Milner satte inn 100 millioner dollar av egne midler for å få i gang arbeidet. Sammen med kolleger investerer de over 10 milliarder dollar over flere år for å fullføre arbeidet.
Selv om hele ideen virker fullstendig sci-fi, er det ingen vitenskapelig hindring for implementeringen. Dette trenger imidlertid ikke skje i morgen: For at Starshot skal lykkes, kreves det en rekke teknologiske fremskritt. Arrangørene og vitenskapelige konsulentene tror på eksponentiell fremgang og at Starshot har eksistert i 20 år.
Nedenfor finner du en liste over elleve Starshot-teknologier og hvilke forhåpninger forskere pinner på sin eksponentielle utvikling de neste tjue årene.
Salgsfremmende video:
Eksoplanettdeteksjon
En eksoplanett er en planet utenfor solsystemet vårt. Selv om den første vitenskapelige oppdagelsen av en eksoplanett fant sted først i 1988, fra 1. mai 2017, ble 3608 eksoplaneter oppdaget i 2702 planetariske systemer. Mens noen av dem ligner planeter i solsystemet, er det mange uvanlige, som de med ringer 200 ganger bredere enn Saturns.
Hva er grunnen til denne flommen av funn? Betydelig forbedring av teleskoper.
For bare 100 år siden var verdens største teleskop Hooker-teleskopet med et speil på 2,54 meter. I dag er ESOs Very Large Telescope, bestående av fire store teleskoper på 8,2 meter i diameter, det mest produktive bakkebaserte astronomiske anlegget, og produserer en vitenskapelig artikkel per ekspertanmeldelse per dag.
Forskere bruker MBT og et spesielt verktøy for å søke etter solide ekstrasolare planeter i stjernens potensielt beboelige sone. I mai 2016 fant forskere som brukte TRAPPIST-teleskopet i Chile ikke én, men syv jordstørrede eksoplaneter på en gang i en potensielt beboelig sone.
I mellomtiden har i verdensrommet NASAs Kepler-romfartøy, spesielt designet for oppgaven, identifisert mer enn 2000 eksoplaneter. James Webb romteleskopet, som lanseres i oktober 2018, vil gi en enestående innsikt i om eksoplaneter kan støtte livet. "Hvis disse planetene har en atmosfære, vil JWST være nøkkelen til å avdekke hemmelighetene deres," sier Doug Hudgins, en eksoplanettforsker ved NASAs hovedkvarter i Washington DC.
Lanseringskostnader
Starshot-moderskipet vil bli sjøsatt ombord i raketten og vil sette i gang 1.000 skip. Kostnadene for å transportere nyttelast ved bruk av en-gangs raketter er enorme, men private tjenesteleverandører som SpaceX og Blue Origin har vist suksess med å sette i gang gjenbrukbare raketter som forventes å redusere utskytningskostnadene betydelig. SpaceX har allerede kuttet kostnadene til 60 millioner dollar for å sette i gang Falcon 9, og etter hvert som den private romindustrien utvider seg og gjenbrukbare raketter blir mer utbredt, vil prisen falle og falle.
Starchip
Hver 15mm Starchip ("star chip") må inneholde et stort utvalg av sofistikerte elektroniske enheter som et navigasjonssystem, et kamera, en kommunikasjonslaser, et radioisotopbatteri, et kamera-multiplexer og grensesnittet. Ingeniørene håper de kan presse det hele inn i en liten frimerkestørrelse.
Tross alt inneholdt de første datamaskinbrikkene på 1960-tallet en håndfull transistorer. Takket være Moores lov kan vi i dag få plass til milliarder av transistorer på hver brikke. Det første digitale kameraet veide flere kilo og tok 0,01 megapiksler. I dag tar en digital kamera-sensor fargebilder av høy kvalitet på 12 megapiksler og passer inn i en smarttelefon - sammen med andre sensorer som GPS, akselerometer og gyroskop. Og vi ser disse forbedringene sive ned i romutforskning med mindre satellitter som gir oss kvalitetsdata.
For at Starshot skal lykkes, trenger vi en brikkemasse på omtrent 0,22 gram innen 2030. Men hvis forbedringene fortsetter å komme i samme tempo, antyder prognoser at dette er fullt mulig.
Lett seil
Seilet skal være laget av et materiale som vil være veldig reflekterende (for å få maksimal puls fra laseren), minimalt absorbere (slik at det ikke brenner ut fra varme) og samtidig veldig lett (gir mulighet for rask akselerasjon). Disse tre kriteriene er ekstremt viktige, og for tiden er det ikke noe egnet materiale for dem.
De nødvendige fremskrittene kan komme fra å automatisere kunstig intelligens og akselerere oppdagelsen av nye materialer. Denne automatiseringen har gått så langt at maskinlæringsmetoder i dag kan "generere biblioteker med kandidater for passende materialer i titusenvis av stillinger" og la ingeniører bestemme hvilke som er verdt å kjempe for og som er verdt å teste under visse forhold.
Energilagring
Selv om Starchip vil bruke et bittelitt radioisotopbatteri på sin 24-årige reise, vil vi fortsatt trenge konvensjonelle kjemiske batterier til laserne. Lasere vil trenge å frigjøre kolossal energi på kort tid, noe som betyr at energien må lagres i batterier i nærheten.
Batteriene forbedres med omtrent 5-8% per år, selv om vi ofte ikke ser dette fordi energiforbruket øker. Hvis batteriene fortsetter å forbedre seg med denne hastigheten, vil de om tjue år ha 3-5 ganger større kapasitet enn de er i dag. Andre innovasjoner kan følge en stor investering i batteribransjen. Tesla-Solar City-joint venture har allerede levert 55 000 til Kauai for å drive det meste av infrastrukturen.
lasere
Tusenvis av kraftige lasere vil bli brukt til å drive fartøyet sammen med seilet.
Lasere overholdt Moores lov på omtrent samme måte som integrerte kretsløp, og doblet kraften hver 18. måned. Det siste tiåret har hatt en dramatisk akselerasjon i skaleringen av kraften til diode og fiberlasere. Den første gjennomboret 10 kilowatt en-modus fiber i 2010 og en 100 kilowatt barriere noen måneder senere. I tillegg til rå kraft, trenger vi også suksess i å kombinere fasede matriserelesere.
Hastighet
Vår evne til å bevege oss raskt … beveget seg raskt. I 1804 ble toget oppfunnet og fikk ganske snart en uhørt hastighet på 100 kilometer i timen. Romfartøyet "Helios-2" formørket denne rekorden i 1976: i det raskeste øyeblikket "Helios-2" beveget seg bort fra jorden med en hastighet på 356 040 km / t. 40 år senere har romfartøyet New Horizons nådd en heliosentrisk hastighet på 45 kilometer i sekundet (mer enn 200.000 kilometer i timen). Men selv med den hastigheten vil det ta lang tid å nå Alpha Centauri, fire lysår unna.
Selv om akselererende subatomære partikler til nær lyshastighet har blitt vanlig i partikkelakseleratorer, har makroskopiske objekter ikke klart å akselerere på den måten. Hvis du når 20% lysets hastighet, ville det være 1000 ganger hastigheten til enhver menneskebygd gjenstand.
Lagring av minne
Evnen til å lagre informasjon ble grunnlaget for beregninger. Starshot vil avhenge av fortsatt nedgang i kostnadene og størrelsen på digitalt minne for å gi tilstrekkelig lagringsplass for programmene og bildene som er tatt i Alpha Centauri-stjernesystemet og planetene.
Kostnadene for minne har falt eksponentielt i flere tiår: i 1970 var en megabyte verdt en million dollar; nå - bare øre. Størrelsen som kreves for lagring har også krympet, fra en 5-megabyte harddisk lastet i 1956 med en gaffeltruck til 512-gigabyte USB-pinner som veide noen få gram.
Telekommunikasjon
Når Starchip tar bildene, må de sendes tilbake til jorden for behandling.
Telekommunikasjonen har kommet betydelig siden Alexander Graham Bell oppfant telefonen i 1876. Gjennomsnittlig internetthastighet i dag er omtrent 11 megabit per sekund. Båndbredden og hastigheten som kreves for å sende digitale bilder over 4 lysår - 40 billioner kilometer - vil kreve de siste fremskrittene innen telekommunikasjon.
Li-Fi-teknologi er ekstremt lovende, og den trådløse overføringen lover å være 100 ganger raskere enn Wi-Fi. Det er også eksperimenter innen kvantetelekommunikasjon, som ikke vil være rask, men sikker.
beregninger
Det siste trinnet i Starchip-prosjektet vil være å analysere dataene som er returnert av romfartøyet. For å gjøre dette, må vi stole på den eksponentielle utviklingen av datakraft, som har økt med en billion ganger de siste 60 årene.
Nylig har nedgangen i kostnadene for databehandling blitt sterkt assosiert med skyer. Når vi ser fremover og bruker nye datateknikker som kvantum, kan vi forvente en økning på 1000 ganger i kraft når Starshot returnerer data. Denne eksepsjonelle datakraften vil gjøre det mulig for oss å utføre sofistikerte vitenskapelige simuleringer og analyser av vårt nærmeste nabostjernersystem.
ILYA KHEL
