La un moment dat, umanitatea a avut ambiții care au dus la proiecte atât de incredibile, cum ar fi primul zbor personal în spațiu sau o misiune pe lună. Următorul pas va fi colonizarea planetelor, apoi călătoria interstelară. Inițiativa Breakthrough Starshot este succesorul ambiției umane și promite să ne deschidă drumul către stelele din imediata apropiere.
Breakthrough Starshot, creierul antreprenorului miliardarului rus Yuri Milner, a devenit celebru în aprilie 2016 la o conferință de presă la care au participat fizicieni renumiți, printre care Stephen Hawking și Freeman Dyson. În timp ce proiectul este departe de a fi finalizat, planul preliminar presupune trimiterea a mii de jetoane de mărime poștală pe pânze mari de argint, care vor intra mai întâi pe orbita Pământului și apoi vor fi accelerate de laserele la sol.
În două minute de accelerare cu laser, nava spațială va accelera până la o cincime viteza luminii - de o mie de ori mai rapidă decât orice vehicul artificial din întreaga istorie a omenirii.
Fiecare navă spațială va zbura 20 de ani și va colecta date științifice despre spațiul interstelar. La atingerea planetelor din sistemul de stele Alpha Centauri, camera digitală încorporată va face fotografii de înaltă rezoluție și va trimite imagini pe Pământ, permițându-ne să ne uităm la vecinii noștri cei mai apropiați planetari. Pe lângă cunoștințele științifice, putem afla dacă aceste planete sunt potrivite pentru colonizarea umană.
Echipa din spatele Breakthrough Starshot este la fel de impresionantă ca tehnologia. Consiliul de administrație include Milner, Hawking și Mark Zuckerberg, creatorul Facebook. Pete Warden, fost director al Centrului de Cercetare Ames al NASA, este CEO. Mai mulți oameni de știință de seamă, inclusiv laureați Nobel, sfătuiesc proiectul, iar Milner a pus 100 de milioane de dolari din fonduri proprii pentru a începe lucrarea. Împreună cu colegii, investesc peste 10 miliarde de dolari pe parcursul mai multor ani pentru a finaliza activitatea.
Deși această întreagă idee pare complet sci-fi, nu există niciun obstacol științific pentru punerea în aplicare a acesteia. Totuși, acest lucru nu trebuie să se întâmple mâine: pentru ca Starshot să aibă succes, sunt necesare o serie de progrese în tehnologie. Organizatorii și consultanții științifici cred în progresul exponențial și că Starshot este de 20 de ani.
Mai jos veți găsi o listă cu unsprezece tehnologii Starshot și ce speră oamenii de știință să se bazeze pe dezvoltarea lor exponențială în următorii douăzeci de ani.
Video promotional:
Detectarea exoplanetelor
Un exoplanet este o planetă în afara sistemului nostru solar. Deși prima descoperire științifică a unui exoplanet a avut loc abia în 1988, de la 1 mai 2017, 3.608 exoplanete au fost descoperite în 2.702 sisteme planetare. În timp ce unele dintre ele seamănă cu planetele din sistemul solar, există multe neobișnuite, precum cele cu inele de 200 de ori mai largi decât cele ale lui Saturn.
Care este motivul acestei inundații de descoperiri? Îmbunătățirea substanțială a telescoapelor.
În urmă cu doar 100 de ani, cel mai mare telescop din lume era Telescopul Hooker cu oglindă de 2,54 metri. Astăzi, foarte mare telescopul ESO, alcătuit din patru telescoape mari cu diametrul de 8,2 metri, este cea mai productivă instalație astronomică bazată pe sol, producând un articol științific per revizuire de experți pe zi.
Oamenii de știință folosesc MBT și un instrument special pentru a căuta planete extrasolare solide în zona potențial locuibilă a stelei. În mai 2016, oamenii de știință care folosesc telescopul TRAPPIST din Chile nu au găsit unul, ci șapte exoplanete de dimensiuni terestre simultan într-o zonă potențial locuibilă.
Între timp, în spațiu, nava spațială Kepler a NASA, special concepută pentru sarcină, a identificat deja peste 2.000 de exoplanete. Telescopul spațial James Webb, care va fi lansat în octombrie 2018, va oferi o perspectivă fără precedent dacă exoplanetele pot susține viața. „Dacă aceste planete vor avea o atmosferă, JWST va fi cheia pentru descoperirea secretelor lor”, spune Doug Hudgins, un om de știință al programului exoplanet la sediul NASA din Washington DC.
Costuri de lansare
Nava-mamă Starshot va fi lansată la bordul rachetei și va lansa 1.000 de nave. Costul transportului sarcinilor utile folosind rachete de unică folosință este enorm, însă furnizorii de servicii private, precum SpaceX și Blue Origin, au demonstrat succes în lansarea rachetelor refolosibile, care se așteaptă să reducă semnificativ costurile de lansare. SpaceX a redus deja costurile la 60 de milioane de dolari pentru lansarea Falcon 9, iar pe măsură ce industria spațială privată se extinde și rachetele refolosibile devin mai răspândite, prețul va scădea și va scădea.
Starchip
Fiecare Starchip de 15 mm („cip de stele”) trebuie să conțină o gamă largă de dispozitive electronice sofisticate, cum ar fi un sistem de navigație, o cameră foto, un laser de comunicații, o baterie radioizotopă, un multiplexor pentru cameră și interfața sa. Inginerii speră că pot strânge totul într-o mașină poștală de dimensiuni mici.
La urma urmei, primele cipuri de computer din anii '60 conțineau o mână de tranzistoare. Datorită Legii lui Moore, astăzi putem încadra miliarde de tranzistoare pe fiecare cip. Prima cameră digitală cântărea câteva kilograme și a capturat imagini de 0,01 megapixeli. Astăzi, un senzor de cameră digitală surprinde imagini color de înaltă calitate la 12 megapixeli și se încadrează într-un smartphone - împreună cu alți senzori precum GPS, accelerometru și giroscop. Și vedem că aceste îmbunătățiri se încurcă în explorarea spațiului cu sateliți mai mici care ne furnizează date de calitate.
Pentru ca Starshot să aibă succes, vom avea nevoie de o masă de cip de aproximativ 0,22 grame până în 2030. Dar, dacă îmbunătățirile continuă să urce în același ritm, previziunile sugerează că acest lucru este destul de posibil.
Navigare ușoară
Sailul trebuie să fie confecționat dintr-un material care să fie extrem de reflectorizant (pentru a obține pulsul maxim din laser), să se absoarbă minim (astfel încât să nu se ardă din căldură) și, în același timp, foarte ușor (permite o accelerare rapidă). Aceste trei criterii sunt extrem de importante și în prezent nu există un material adecvat pentru acestea.
Progresele necesare pot proveni din automatizarea inteligenței artificiale și accelerarea descoperirii de noi materiale. Această automatizare a ajuns până acum încât metodele de învățare automată astăzi pot „genera biblioteci de candidați pentru materiale adecvate în zeci de mii de poziții” și să permită inginerilor să stabilească pentru ce merită luptate și care merită testate în anumite condiții.
Stocare a energiei
Deși Starchip va folosi o baterie radioizotopă minusculă pentru călătoria sa de 24 de ani, vom avea totuși nevoie de baterii chimice convenționale pentru lasere. Laserele vor trebui să elibereze energie colosală într-un timp scurt, ceea ce înseamnă că energia va trebui să fie stocată în bateriile din apropiere.
Bateriile se îmbunătățesc cu aproximativ 5-8% pe an, deși de multe ori nu vedem acest lucru, deoarece consumul de energie crește. Dacă bateriile continuă să se îmbunătățească în acest ritm, peste douăzeci de ani vor avea o capacitate de 3-5 ori mai mare decât în prezent. Alte inovații ar putea urma o investiție majoră în industria bateriilor. Întreprinderea comună Tesla-Solar City a livrat deja 55.000 Kauai pentru a alimenta cea mai mare parte a infrastructurii sale.
lasere
Mii de lasere puternice vor fi folosite pentru a propulsa ambarcațiunea împreună cu vela.
Laserele au respectat Legea lui Moore în același mod ca și circuitele integrate, dublând puterea la fiecare 18 luni. Ultimul deceniu a înregistrat o accelerare dramatică la reducerea puterii laserelor cu diode și fibre. Primul perforat 10 kilowati de fibră cu un singur mod în 2010 și o barieră de 100 de kilowati câteva luni mai târziu. În plus față de puterea brută, avem nevoie și de succes în combinarea laserelor cu față.
Viteză
Abilitatea noastră de a ne mișca rapid … s-a mutat rapid. În 1804, trenul a fost inventat și a obținut foarte curând o viteză neașteptată de 100 de kilometri pe oră. Nava spațială „Helios-2” a eclipsat acest record în 1976: în cel mai rapid moment „Helios-2” se îndepărta de Pământ cu o viteză de 356,040 km / h. 40 de ani mai târziu, nava spațială New Horizons a atins o viteză heliocentrică de 45 de kilometri pe secundă (mai mult de 200.000 de kilometri pe oră). Dar chiar și cu această viteză, ar fi nevoie de mult timp pentru a ajunge la Alpha Centauri, la patru ani lumină.
Deși accelerarea particulelor subatomice la viteza aproape a luminii a devenit obișnuită în acceleratoarele de particule, obiectele macroscopice nu au reușit să accelereze în acest fel. Atingerea de 20% a vitezei luminii ar fi de 1000 de ori mai mare decât viteza oricărui obiect construit de om.
Memorare stocare
Capacitatea de a stoca informații a devenit baza calculelor. Starshot va depinde de scăderea continuă a costurilor și dimensiunii memoriei digitale pentru a oferi suficient spațiu de stocare pentru programele și imaginile sale capturate în sistemul de stele Alpha Centauri și planetele sale.
Costul memoriei a scăzut exponențial de zeci de ani: în 1970, un megabyte valora aproximativ un milion de dolari; acum - niște bănuți Mărimea necesară pentru stocare a scăzut, de asemenea, de la un hard disk de 5 megabyte încărcat în 1956 cu un stivuitor până la stick-uri USB de 512-gigabyte cântărind câteva grame.
Telecomunicații
Odată ce Starchip surprinde imaginile, acestea vor trebui trimise înapoi pe Pământ pentru procesare.
Telecomunicațiile au progresat semnificativ de când Alexander Graham Bell a inventat telefonul în 1876. Viteza medie a internetului este astăzi de aproximativ 11 megabits pe secundă. Lățimea de bandă și viteza necesară pentru a trimite imagini digitale pe 4 ani-lumină - 40 de trilioane de kilometri - vor necesita cele mai noi progrese în telecomunicații.
Tehnologia Li-Fi este extrem de promițătoare, iar transmisia sa wireless promite să fie de 100 de ori mai rapidă decât Wi-Fi. Există, de asemenea, experimente în domeniul telecomunicațiilor cuantice, care nu vor fi rapide, dar sigure.
calculele
Ultima etapă a proiectului Starchip va fi analizarea datelor returnate de navele spațiale. Pentru a face acest lucru, va trebui să ne bazăm pe dezvoltarea exponențială a puterii de calcul, care a crescut de un trilion de ori în ultimii 60 de ani.
Recent, declinul costurilor de calcul a fost puternic asociat cu norii. Privind în viitor și folosind noi metode de calcul, cum ar fi cuantica, ne putem aștepta la o creștere de 1.000 de ori a puterii în momentul în care Starshot returnează datele. Această putere de calcul excepțională ne va permite să realizăm simulări științifice sofisticate și analize ale celui mai apropiat sistem de stele vecine.
ILYA KHEL
