V roce 2016 založil rusko-americký miliardář Jurij Milner Průlomové iniciativy , nezisková organizace, která se věnuje vyšetřování některých z nejtrvalejších záhad vesmíru. Hlavní mezi jejich vědecké úsilí je Průlomový Starshot , prototyp proof-of-concept, který kombinuje světelnou plachtu, nanoloď a pohon s řízenou energií (aka. laser) k vytvoření kosmické lodi schopné dosáhnout nejbližší hvězdy (Alpha Centauri) za našich životů.
Přirozeně to představuje nejrůznější technické a inženýrské výzvy, v neposlední řadě množství energie potřebné k urychlení kosmické lodi na relativistické rychlosti (zlomek rychlosti světla). Naštěstí vědci z Australská národní univerzita (ANU) nedávno přišla s návrhem pole s řízenou energií složenou z milionů jednotlivých laserů umístěných po povrchu Země.
Článek, který popisuje jejich výzkum (provedený s podporou Breakthrough Initiatives), byl nedávno publikován v Journal of the Optical Society of America B . Tým vedl Dr. Chathura P. Bandutunga , výzkumný pracovník s ANU Centrum gravitační astrofyziky (CGA) a zahrnoval členy z ANU ARC Center for Engineered Quantum Systems a Observatoř Mount Stromlo .
Plán proPrůlomový Starshotpožaduje nanoplavidlo v gramovém měřítku vybavené malými senzory, tryskami, kamerou a rádiovou anténou. Toto nanoplavidlo by bylo taženo metrovou světelnou plachtou, která měří 4 x 4 m (13 x 13 stop) a je urychlována laserovým polem o výkonu 100 gigawattů (GW). To by umožnilo kosmické lodi dosáhnout rychlostí až 20 % rychlosti světla (0,2C), což mu umožnilo podniknout cestu do Alfa Centauri za pouhých 20 let.
Tým ANU společně spojil odborné znalosti v mnoha oblastech optiky a astronomie, od senzorů z optických vláken a optických fázovaných polí až po astrofyziku a přístrojové vybavení gravitačních vln. V zájmu své studie Dr. Bandutunga a její kolegové zvažovali různé možnosti pro vytvoření laserového pole schopného generovat 100 gigawattů (GW) kontinuálního optického výkonu.
Nakonec usoudili, že nejlepší možností je spolehnout se na 108 pozemních polí fungujících ve shodě. Jak řekl Dr. Bandutunga v nedávném ANU tisková zpráva
„Abychom překonali obrovské vzdálenosti mezi Alpha Centauri a naší vlastní sluneční soustavou, musíme myslet mimo rámec a vytvořit nový způsob cestování mezihvězdným vesmírem. Na své cestě bude plachta létat vakuem vesmíru po dobu 20 let, než dosáhne svého cíle. Během svého průletu kolem Alpha Centauri bude zaznamenávat snímky a vědecká měření, která bude vysílat zpět na Zemi.“
Umělecký dojem z laserového pole použitého k urychleníStarshot. Kredit: Breakthrough Initiatives
Dr. Robert Ward, spoluautor článku, je také zakládajícím vědcem, který propagoval uzel ANU tohoto projektu. Podle Warda není pole o výkonu 100 GW snadným úkolem, protože to je asi 100krát větší kapacita než dnešní největší baterie na světě. „Abychom toho dosáhli, odhadujeme počet potřebných laserů na přibližně 100 milionů,“ řekl řekl . Navíc by tyto lasery musely fungovat jako jeden a zaměřit se na světelnou plachtu o rozměrech ne větší než 16 m2(139 stop2).
Další velkou výzvou je, jak měřit drift každého laseru. „K zakódování měření z každého laseru používáme náhodný digitální signál a při digitálním zpracování signálu dešifrujeme každé z nich samostatně,“ řekl Dr. Sibley , z ARC Center for Engineered Quantum Systems. „To nám umožňuje vybrat z obrovské směsice informací pouze ta měření, která potřebujeme. Poté můžeme problém rozdělit na malá pole a propojit je do sekcí.“
Pak tu byla výzva představovaná atmosférickým zkreslením, které je nevyhnutelné, když se spoléháte na pozemní pole. Z tohoto důvodu návrh ANU vyžaduje použití družice Beacon (tj. naváděcího laseru) umístěné na oběžné dráze kolem Země, která by fungovala jako vodič a spojila celé laserové pole dohromady. Jak vysvětlil profesor Michael Ireland z ANU Research School of Astronomy and Astrophysics (další spoluautor):
'Pokud nebude opravena, atmosféra deformuje vycházející laserový paprsek a způsobí, že se odkloní od zamýšleného cíle.' Náš návrh používá laserovou naváděcí hvězdu. Jedná se o malý satelit s laserem, který osvětluje pole z oběžné dráhy Země. Když laserová naváděcí hvězda prochází atmosférou na cestě zpět na Zemi, měří změny způsobené atmosférou. Vyvinuli jsme algoritmus, který nám umožňuje použít tyto informace k předběžné korekci vycházejícího světla z pole.'
Starshotblížící se k Alfa Centauri, což ukazuje, jak relativistické rychlosti způsobují, že hvězdy v pozadí se stávají červeným posuvem. Kredit: Breakthrough Initiatives
Samozřejmě je stále potřeba udělat hodně práce, kterou Dr. Bandutunga přirovnal k případné cestěStarshotsám. Dalším krokem je začít testovat některé ze základních prvků architektury mise v prostředí řízené laboratoře. Podle Dr. Bandutungy to zahrnuje vývoj algoritmu pro korekci zkreslení atmosféry a zkoumání různých způsobů, jak zkombinovat malá pole k vytvoření větších polí.
'Práce provedená v ANU byla zjistit, zda by tato myšlenka mohla fungovat,' řekl. „Cílem bylo najít hotová řešení, simulovat je a určit, zda jsou fyzicky možná. I když tento návrh předložil tým ANU, v mezinárodním měřítku probíhá další práce na vymýšlení jedinečných a chytrých řešení jiných částí problému. Bude vzrušující spojit tato řešení a uvést projekt do života.“
Věda stojící za Breakthrough Starshot za posledních pět let značně pokročila. I když nebylo oznámeno žádné cílové datum, kdy by mohla první plavba začít, Yuri Milner v minulosti navrhl, že mise by mohla být připravena do roku 2036. To znamená, že lidstvo by se mohlo poprvé podívat na sousední hvězdný systém do 60. let 20. století. který by mohl zahrnovat první pohled zblízka na potenciálně obyvatelnou exoplanetu.
Další čtení: ANU
