Odvesti svemirski brod do druge zvezde je ogroman izazov. Međutim, to ne sprečava ljude da rade na tome.
Najvidljivije grupe koje to trenutno rade su Breakthrough Starshot i Tau Zero Foundation, od kojih se obe fokusiraju na veoma specifičan tip pogonske snage.
Rad predsednika odbora Tau Zero-a, Džefrija Grisona, i Gerita Bruhauga, fizičara iz Nacionalne laboratorije u Los Alamosu koji je specijalizovan za lasersku fiziku, razmatra fiziku jedne takve tehnologije zračenja – relativističkog elektronskog zraka – kako bi to moglo koristiti za guranje svemirske letelice do druge zvezde.
Postoji mnogo razmatranja prilikom dizajniranja ove vrste misije. Jedan od najvećih (bukvalno) je koliko je teška svemirska letelica.
Breakthrough Starshot se fokusira na mali dizajn sa gigantskim solarnim „krilima“ koji bi im omogućili da se voze snopom svetlosti do Alfe Kentaura. Međutim, u praktične svrhe, tako mala sonda će moći da prikupi malo ili nimalo stvarnih informacija kada tamo stigne – to je više podvig inženjeringa nego stvarna naučna misija.
U radu se, s druge strane, razmatraju veličine sonde do oko 1.000 kg – otprilike veličine sondi Voiager napravljenih 1970-ih. Očigledno, sa naprednijom tehnologijom, bilo bi moguće ugraditi mnogo više senzora i kontrola na njih nego što su ti sistemi imali.
Ali guranje tako velike sonde snopom zahteva još jedno razmatranje dizajna – koji tip zraka?
Breakthrough Starshot planira laserski snop, verovatno u vidljivom spektru, koji će gurati direktno na svetlosna jedra pričvršćena za sondu. Međutim, s obzirom na trenutno stanje optičke tehnologije, ovaj snop je mogao efikasno da gura sondu samo za oko 0,1 AJ njenog puta, što ukupno iznosi više od 277.000 AJ do Alfa Kentaura.
Čak i to malo vremena moglo bi biti dovoljno da sondu dovede do respektabilne međuzvezdane brzine, ali samo ako je sićušna i laserski zrak je ne sprži. Najviše, laser bi trebao biti uključen samo na kratko vreme da bi se sonda ubrzala do svoje brzine krstarenja.
Međutim, autori rada imaju drugačiji pristup. Umesto da obezbedite moć samo na kratak vremenski period, zašto to ne učiniti tokom dužeg perioda? Ovo bi omogućilo nagomilavanje veće sile i omogućilo mnogo boljoj sondi da putuje sa respektabilnim procentom brzine svetlosti.
Postoji mnogo izazova i sa takvim dizajnom. Prvo bi bilo širenje snopa – na udaljenostima većim od 10 puta veće od udaljenosti od Sunca do Zemlje, kako bi takav snop bio dovoljno koherentan da obezbedi bilo kakvu značajnu snagu?
Većina rada govori o tome u detalje, fokusirajući se na relativističke elektronske zrake. Ovaj koncept misije, poznat kao Sunbeam, koristio bi upravo takav snop.
Korišćenje elektrona koji putuju tako velikim brzinama ima nekoliko prednosti. Prvo, relativno je lako ubrzati elektrone do brzine svetlosti – barem u poređenju sa drugim česticama. Međutim, pošto svi dele isti negativni naboj, verovatno će se odbijati, smanjujući efektivni pritisak zraka.
To nije toliki problem pri relativističkim brzinama zbog fenomena otkrivenog u akceleratorima čestica poznatog kao relativistički štipanje. U suštini, zbog dilatacije vremena putovanja relativističkim brzinama, nema dovoljno relativnog vremena koje iskuse elektroni da počnu da guraju jedni druge do bilo kakvog značajnog stepena.
Proračuni u radu pokazuju da bi takav snop mogao da obezbedi snagu do 100 ili čak 1.000 AJ, daleko iznad tačke u kojoj bi bilo koji drugi poznati pogonski sistem mogao da ima uticaj. Takođe pokazuje da bi se, na kraju perioda napajanja snopa, sonda od 1.000 kg mogla kretati brzinom od 10% brzine svetlosti – omogućavajući joj da dostigne Alfa Kentauri za nešto više od 40 godina.
Međutim, postoji mnogo izazova koje treba prevazići da bi se to dogodilo – jedan od njih je kako da se tolika snaga formira u snop. Što je sonda dalje od izvora zraka, to je potrebna veća snaga za prenos iste sile.
Procene se kreću do 19 gigaelektron volti za sondu na 100 AJ, što je prilično visokoenergetski snop, iako je u granicama naše tehnologije, jer Veliki hadronski kolajder može da formira snopove sa nekoliko reda veličine više energije.
Da bi uhvatili tu energiju u svemiru, autori predlažu korišćenje alata koji još ne postoji, ali barem u teoriji može – solarno stanje. Ova platforma bi se nalazila iznad površine Sunca, koristeći kombinaciju sile od pritiska svetlosti zvezde i magnetnog polja koje koristi magnetne čestice koje Sunce emituje da bi sprečilo da padne u Sunčevu gravitaciju.
Bio bi najbliži Suncu koliko i najbliži pristup solarne sonde Parker, što znači da, barem u teoriji, možemo da napravimo materijale koji će izdržati tu toplotu.
Sam snop bi se desio iza masivnog štita od sunca, što bi mu omogućilo da radi u relativno hladnom, stabilnom okruženju i takođe bi mogao da ostane na stanici danima do nedeljama potrebnim da se sondu od 1.000 kg izgura što dalje. bi otišao.
To je razlog za korišćenje statuta, a ne orbite – mogla bi da ostane nepomična u odnosu na sondu i ne mora da brine da će je začepiti Zemlja ili Sunce.
Sve ovo do sada je još uvek u domenu naučne fantastike, zbog čega su se autori i upoznali – na ToughSF Discord serveru, gde se okupljaju ljubitelji naučne fantastike.
Ali, barem u teoriji, to pokazuje da je moguće gurnuti naučno korisnu sondu do Alfa Kentaura u toku ljudskog života uz minimalan napredak postojeće tehnologije.
