Néhány évtized alatt aÁttörés Starshotkezdeményezés reményei szerint vitorlást küldhet a szomszédos Alpha Centauri rendszerbe. Egy fényvitorla és egy irányított energiájú (más néven lézer) tömb segítségével egy apró űrhajót a fénysebesség 20%-ára (0,2) lehetett felgyorsítani.c). Ez lehetővé tennéStarshot20 év alatt megtenni az Alpha Centauriba vezető utat, és megvizsgálni az ott található exobolygókat, és ezzel megvalósítani a csillagközi felfedezés álmát életünk során.
Ez a terv természetesen számos mérnöki és logisztikai kihívást jelent, amelyek közül az egyik az adatok Földre történő visszaküldése. Az a friss tanulmány , a Starshot Systems igazgatója, Dr. Kevin L.G. Parkin elemzi annak lehetőségét, hogy lézerrel továbbítsák az adatokat a Földre. Parkin szerint ez a módszer a leghatékonyabb módja annak, hogy az emberiség bepillantást nyerjen a Naprendszerünkön túli dolgokba.
A tanulmány szerzője, Dr. Kevin Parkin 2016 óta a Breakthrough Starshot rendszerigazgatója. Ezt megelőzően az Orosz Űrhajózási és Űrhajózási Szövetség Koroljov-éremmel tüntette ki a mikrohullámú hőhajtás terén végzett úttörő munkájáért. Megalapította a San Francisco-i székhelyű repülőgépipari vállalatot is Parkin Research , amely költségkímélő technológiák fejlesztésére szakosodott.
A kommunikációs downlink kérdésével foglalkozva Dr. Parkin megpróbálta kiszámítani, mi lenne a legjobb megoldás egy integrált vitorla és űrhajó (más néven vitorlás) esetében. Ennek érdekében fontolóra vette egy szűk sugarú lézeradó lehetőségét a 4,1 m (13,45 láb) átmérőjű fedélzetre.Starshotvitorlás, amely megkezdené az adást egy 30 méteres (~100 láb) földi teleszkóp felé, amint eléri az Alpha Centaurit.
Ez a tömb egy 100 wattos optikai fázisú tömb formáját öltené (magába a vitorlába ágyazva), amely lézereket használ a csillagközi közeg (ISM) energiájának átalakítására. Dr. Parkin elképzelése szerint a tömb 1,02 mikrométeres hullámhosszon továbbítana adatokat, amelyeket aztán 1,25 mikrométeren fogadna a teleszkóp – ami az adásokat a közeli infravörös/közeli ultraibolya spektrumba helyezi.
Ez a fajta lefelé irányuló kapcsolat számos előnnyel rendelkezik a rádió- vagy mikrohullámú átvitelen alapuló kommunikációval szemben. Ahogy Dr. Parkin elmondta a Universe Todaynek e-mailben:
„A mikrohullámokhoz képest a lézerek ezerszer rövidebb hullámhosszúak, és így sokkal szorosabb sugarat képeznek az Alpha Centauriból a Föld felé… A 100 watt átvitel előnye a vitorlás teljes területén, hogy a földi vevőegység 30-ra zsugorodik. méteres teleszkóp, valami, ami nagy valószínűséggel egy-két évtizeden belül elérhető lesz.”
A Megfigyelhető Univerzum logaritmikus skálán. Jóváírás: Pablo Carlos Budassi/Wikipedia Commons
Dr. Parkin azt is hozzátette, hogy ugyanezen időn belül a szűrők és detektorok fejlesztései lehetővé teszik a méteres osztályú teleszkópok tömbjeit, amelyek együtt tudnak fogadni az űrszonda jeleit. Azonban egy ilyen kommunikációs rendszernek megvannak a maga hátrányai is, amelyek közül az egyik közvetlenül összefügg szűknyalábú jellegével. Alapvetően a tömbnek pontosan a Földre kell mutatnia az adatok fogadásához.
'Ha a vitorlás érzékeli a csillagközi közeg relatív irányát, az visszamutat a Földre (vagy legalábbis arra, ahol a Föld volt, amikor a vitorlás elindult)' - mondta Dr. Parkin. „Onnantól meg kell találnia a Napot. Ezután, mivel a sugár szélessége csak a tizede a Nap és a Föld közötti távolságnak, a vitorlásnak ki kell számítania vagy meg kell találnia a Föld relatív helyzetét, és feléje kell mutatnia.
Ez azonban leküzdhető több űrhajó küldésével, ami összhangban van az általános elképzelésselStarshot. A Breakthrough Initiatives évek óta azon töpreng, hogyan tehetne lehetővé egy mindössze néhány gramm tömegű, fényvitorlával vontatott „nanojármű” flotta a csillagközi utazást és felfedezést. Ahogy Dr. Parkin elmagyarázta:
„A közgazdaságtan előnyben részesíti a könnyű és gyakori vízre bocsátást, például heti egy 4 grammos vitorlást (az energiaköltség mindössze 6 millió dollár). Ez azt jelenti, hogy nem csak egy, hanem sok lefelé irányuló kapcsolat lesz. A Földről nézve a különböző vitorlások sorakoznak az égen, egyfajta csővezetéket alkotva a vitorlások közül az Alpha Centaurival való találkozás különböző szakaszaiban.
Lézervitorlás űrhajó raj elhagyja a Naprendszert. hitel: Adrian Mann
Dr. Parkin hozzáteszi, hogy több űrhajó közvetlen lefelé irányuló kapcsolattal történő küldésének további előnye a köztük lévő keresztkötések lehetősége. Ha ez megtörténne, a Földdel való kapcsolat önálló adatvezetékké válna – egy csővezeték a csővezetékben. Ez csökkentené a lényeges adatok elvesztésének kockázatát, és lehetővé tenné az Alpha Centauri rendszeren már áthaladó vitorlások számára, hogy információkat továbbítsanak a még úton lévőknek.
Dr. Parkin utolsó ajánlása a tanulmányban egy elosztott algoritmus beépítése volt, amely lehetővé tenné az űrhajók párhuzamos működését és bizonyos fokú autonómiát, amelyek mindegyike felelős az Alpha Centauri rendszer más-más részének feltérképezéséért. Dr. Parkin jelzi, hogy ez lelassítaná a „döntés-cselekvés ciklust”, amely hihetetlenül lassú a csillagközi távolságokban:
„Ennek óriási előnyei vannak – az egész rendszert fel lehet fürkészni és feltérképezni, mielőtt az első adatok elérnék a Földet. Elképzelhető, hogy az első vitorlás egy távoli bolygót észlelhet fénypontként, amely a képek között mozog, és ennek alapján korlátozza annak pályáját, hogy a következő vitorlás közelebbről manőverezhessen elhaladni, feloldva a felszíni részleteket. A későbbi vitorlások térképeket készíthetnek, nyomon követhetik a felszíni jellemzőket, és idővel felfedezhetik a rendszer legtöbb bolygóját és holdját.”
Hogy mindezt lebontsuk, Dr. Parkin egy vitorlás flottát képzel el, amely távoli csillagrendszerek automatizált felderítését végzi. A rendszerbe elsőként belépők a bolygók és holdak feltérképezéséért felelnének, a következő hullám a pályájukat jellemezné, az azt követők pedig közelről megfigyelik őket, valamint feltérképezik és figyelik a felszínüket.
Ebből a szempontból az itt bemutatott koncepció a csillagközi kutatás egyik legnagyobb kihívásával foglalkozik, amely az ilyen nagy távolságra lévő szondákkal való kommunikáció nehézsége. Amint azt Prof. Abraham Loeb – Frank B. Baird Jr. tudományos professzor a Harvard Egyetemen és a Breakthrough Starshot Tanácsadó Bizottság elnöke – elmondta a Universe Todaynek e-mailben:
„A kommunikációs kapcsolat, amellyel Kevin dolgozata foglalkozik, az egyik legnagyobb kihívás a Starshot program számára. A legközelebbi csillagtól való hatalmas távolság, 4,24 fényév, és az átvitel alacsony teljesítménye gyenge jelet, és így nagy vevőt jelent a Földön. Nincs lehetőség valós időben parancsokat küldeni az űrszondának, mert a fényjelek legrövidebb kétirányú útja 8,48 évig tartana.
Végül Dr. Parkin azzal az égető kérdéssel foglalkozott, hogy minek kell történnie, mielőtt egy ilyen jellegű projekt megvalósulhat. Míg a tanulmány számos kreatív megoldást kínál a kommunikáció kihívásaira, az egyik legátfogóbb problémaStarshotAz a tény, hogy a jövőbeni fejlesztésekre és innovációkra van szükség ahhoz, hogy a költséghatékonyság birodalmába kerüljön.
'Egy vitorlás itt leírt képességeinek teljes megvalósítása száz évbe telhet, vagy az elkövetkező néhány évtizedben a kereskedelmi célú kutatások mellékterméke lehet' - mondta. „A mikrohullámú fázisú tömböket 50 éve használják, de az optikai fázisú tömbök még nincsenek itt, és sok munkába fog kerülni a kerámia vitorlába való integrálása. A csillagközi közegből származó energiatermelés vitathatatlanul egyedülálló a Starshot számára, és kutatást igényel, de a kifizetődő az, hogy a lefelé irányuló kapcsolathoz rendelkezésre álló energia nagyságrendekkel nagyobb, mint az egyébként lehetséges.”
Ugyanakkor a csillagközi vagy mélyűrkutatás bármely koncepciója megvan a maga részében kihívások, amelyek közül néhány különösen ijesztő. És mint sok más technikai akadály, amellyel aStarshotcsapat, ezek a kihívások kreatív és innovatív megoldásokat inspirálnak. Addig pedig nem tehetünk mást, mint várni és remélni, hogy előrelépés történik, és új lehetőségeket teremt.
Dr. Parkin korábbi tanulmányai közé tartozik a 2018-as tanulmány is: Az áttörést jelentő Starshot rendszermodell ”, ez jelent megŰrhajózási törvény. Ez a cikk ismerteti aStarshotküldetéséről és koncepciójáról részletesen, és arról, hogy ez milyen előnyökkel járna az emberi felfedezésben, nemcsak a csillagközi területen, hanem a Naprendszeren belül is.
További irodalom: arXiv