Drømmen om å reise til et annet stjernesystem, og kanskje til og med finne befolkete verdener der, er en som har opptatt menneskeheten i mange generasjoner. Men det var ikke før romfartsundersøkelsen forskere har vært i stand til å undersøke forskjellige metoder for å gjøre en interstellar reise. Selv om mange teoretiske design har blitt foreslått gjennom årene, har mye oppmerksomhet i det siste vært fokusert på laserdrevne interstellare sonder.
Den første konseptuelle designstudien, kjent som Project Dragonfly, ble arrangert av Initiative for Interstellar Studies (i4iS) i 2013. Konseptet ba om bruk av lasere for å akselerere et lett seil og romfartøy til 5% lysets hastighet, og dermed nådde Alpha Centauri på omtrent et århundre. I en fersk artikkel vurderte et av teamene som deltok i designkonkurransen gjennomførbarheten av forslaget deres om lysseil og magnetisk seil.
Oppgaven, med tittelen “Project Dragonfly: Sail to the stars”, ble nylig publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Astra Astronautica. Studien ble ledet av Tobias Häfner, utdannet ved Université Paul Sabatier (UPS) Toulouse og en nåværende systemingeniør ved Open Cosmos Ltd. Han fikk selskap av medlemmer av Oxford Space Systems, Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), og AKKA Technologies.
Når det gjelder interstellare misjonskonsepter, har en av de største snublesteinene alltid vært reisetiden involvert. Som vi viste i en tidligere artikkel, vil det ta alt fra 1000 til 81.000 år ved å bruke dagens teknologi for å komme til Alpha Centauri. Selv om det finnes flere teoretiske metoder som kan tilby kortere reisetid, involverer de enten fysikk som ennå ikke er bevist eller vil være uoverkommelig dyr.
Derav appellen til en lysseil, som drar fordel av den nylige utviklingen innen miniatyrisering for å skape et mindre og rimeligere romfartøy. En annen fordel, i det minste teoretisk, er at et slikt romskip kan akselereres til en brøkdel av lysets hastighet, og derfor vil kunne dekke den store avstanden mellom solsystemet vårt og den nærmeste stjernen i løpet av noen tiår eller ett århundre .
Som bemerket, lanserte i4iS - en frivillig organisasjon som er opptatt av å gjøre interstellar romfart til virkelighet i nær fremtid - den første konseptuelle designstudien for lysseil tilbake i 2013. Dette ble fulgt i 2014 med en konkurranse om å designe et romfartøy som ville være i stand til å nå Alpha Centauri innen 100 år ved å bruke eksisterende eller nærmeste siktige teknologier.
De fire finalistene presenterte designene sine på et verksted som ble holdt i British Interplanetary Society i juli 2015. Konseptet som ble sendt inn av teamet Technical University of Munich vant, som deretter startet en Kickstarter-kampanje for å skaffe penger til designen. Designet innsendt av teamet fra University of California, San Diego, har senere utviklet seg til designet for Breakthrough Initiatives 'Breakthrough Starshot.
Hovedforfatter Hafner og hans kolleger var en del av teamet CranSEDS, som besto av ingeniører og forskere fra Cranfield University i Storbritannia, Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) i Russland og UPS i Frankrike. I denne siste studien presenterte han og noen av hans tidligere teammedlemmer sitt misjonskonsept som del av en mulighetsstudie.
Av hensyn til denne studien vurderte de alle aspekter av en lysseils misjonsarkitektur. Dette varierte fra størrelsen på seilet, materialene som ble brukt for å bygge det, størrelsen på laseråpningen, laserens plassering, romfartøyets vekt, og metoden som ble brukt av romfartøyet for å retardere seg når det nærmet seg bestemmelsesstedet.
Til slutt ba oppdragsarkitekturen de møtte opp om bruk av 100 GW laserkraft for å akselerere et romfartøy på 2750 kg (~ 6000 kg) til 5% lysets hastighet - noe som resulterte i en reisetid på omtrent et århundre til Alpha Centauri. Seilet ville være sammensatt av en grafenmonolag som måler 29,4 km i diameter (18,26 mi), og krever således en laser med en åpning på 29,4 km (18,26 mi).
Denne laseren vil bli plassert i nærheten av solen (enten ved Earth-Sun L1 Lagrange Point eller i Cislunar bane) og ville bli drevet av massive solcellepaneler. For å bremse opp, ville romskipet pirke lettseilet og distribuere et magnetisk seil bestående av metalltråder. Dette seilet ville danne en sløyfekonstruksjon omtrent 35 km (22 mi) i diameter og veie 1000 kg (2200 lbs).
Når den ble distribuert, ville magnetseilet avskjære plasma fra det interstellare mediet og solvinden fra Alpha Centauri for å bremse og komme inn i systemet. Denne arkitekturen, konkluderer de, ville oppnå en balanse mellom masse og hastighet, tillate oppdraget å nå Alpha Centauri på litt over 100 år, og la den gjennomføre vitenskapelige operasjoner ved ankomst.
Som de antyder i studien, gir denne typen oppdragsarkitektur mange fordeler, ikke minst det faktum at et større romfartøy ville være i stand til å bære mer i veien for instrumenter og samle mer vitenskapelige data enn et romskala romfartøy (som med Breakthrough Starshots StarChip). Som de konkluderte med:
"Både [laser- og magnetiske seil] har fordelen av at ingen drivstoff trenger å transporteres i romfartøyet ... Oppdraget er basert på teknologier som for tiden er tilgjengelige eller er under utvikling, men vil trenge omfattende forbedringer for å faktisk bygge den nødvendige rominfrastrukturen ... lasersystemet brukes over en grunnleggende oppgave med flere romfartøyer i løpet av en rimelig periode. Erfaringer og data samlet fra det første romfartøyet kan brukes til å forbedre de følgende. ”
De erkjenner også utfordringene et slikt oppdrag vil innebære, som inkluderer behovet for kilometerstore strukturer i verdensrommet. Slike strukturer må bygges i bane, som først vil kreve utbygging av orbital fabrikasjonsanlegg. Og selvfølgelig vil laser og andre viktige systemer trenge ytterligere forfining og utvikling. Likevel er konseptet, ifølge deres studie, gjennomførbart og teknisk forsvarlig.
Noen er imidlertid i tvil. For eksempel er det Dr. Claudius Gros, en teoretisk fysiker fra Institute for Theoretical Physics ved Goethe University Frankfurt. Gros er en langvarig talsmann for å bruke lasersegleteknologi for å bygge et interstellært romfartøy, og har utført teoretisk arbeid med bruk av magnetiske seil for å bremse et slikt romfartøy.
Han er også grunnleggeren av Project Genesis, et forslag om å sende lasersegledrevet romskip utstyrt med genfabrikker eller kryogene pods til andre stjernesystemer, der de ville distribuere mikrobielt liv til "forbigående beboelige eksoplaneter - dvs. planeter som er i stand til å støtte livet, ikke sannsynlig å føre til det på egen hånd. Som han ga uttrykk for overfor Space Magazine via e-post:
“Når det gjelder retardasjonen med magnetfelt, er det faktisk ikke mulig innenfor de forutsatte parametrene. Det vil ta et magnetisk seil som veier flere hundre tonn for å gjøre jobben når fartøyet cruiser med 5% av lysets hastighet og når det må stoppe i løpet av 20 år, slik det antas i dette dokumentet. For å akselerere et så tungt fartøy, vil det kreves mye sterkere lanseringssystemer. ”
Konseptet med å bruke lasere eller solseil for å utføre interstellare oppdrag har dype røtter. Imidlertid har det bare vært i løpet av de siste årene at innsatsen for å lage et slikt romfartøy virkelig har samlet seg. For tiden er det mange konsepter som tilbyr forskjellige oppdragsarkitekturer, som alle har sin del av utfordringer og fordeler.
Med flere forslag nå i utvikling - som inkluderer forslaget fra Haefner og hans kollega, er ii4S Dragonfly-konseptet og Gjennombrudd Starshot - det vil være veldig interessant å se hvilke (om noen) av de nåværende lysseilkonseptene som vil prøve å ta turen til Alpha Centauri de kommende tiårene.
Vil det være en som kommer dit i vår levetid, eller en som er i stand til å sende tilbake mer i veien for vitenskapelige data? Eller kan det være en kombinasjon av de to, en slags kortsiktig / langvarig type avtale? Vanskelig å si. Poenget er at drømmen om å montere et interstellært oppdrag kanskje ikke forblir en drøm veldig lenge.
