Podróże międzygwiezdne będzie możliwe wcześniej niż myślisz

Kiedyś u ludzkości były ambicje, które doprowadziły do takich niesamowitych projektów, jak pierwszy lot człowieka w kosmos lub misja na Księżyc. Następnym krokiem będzie kolonizacja planet, a następnie i te ... podróż. Inicjatywa Breakthrough Starshot ludzkich ambicji i obiecuje utorować nam drogę do najbliższych gwiazd.

Breakthrough Starshot, dziełem rosyjskiego przedsiębiorcy-miliardera Jurija Мильнера, stał się znany w kwietniu 2016 r. na konferencji prasowej, w której wziął udział znane fizyki, w tym Stephen Hawking i Freeman Dyson. I choć projekt na razie nie można nazwać pełnoprawnym, wstępny plan zakłada wysłanie tysięcy żetonów wielkości znaczka pocztowego na dużych srebrnych żaglami, które najpierw wyjdą na orbitę ziemską, a następnie będą przyspieszone lądowe laserami.

Za dwie minuty laserowego rozpędzić statek kosmiczny przyspieszy do jednej piątej prędkości światła — w tysiąc razy szybciej niż sztuczne urządzenia w całej historii ludzkości.

Każdy aparat będzie lecieć 20 lat i zbierać dane naukowe na temat przestrzeni międzygwiezdnej. Osiągając planet w układzie gwiezdnym Alfy Centauri, wbudowany cyfrowy aparat będzie robić zdjęcia w wysokiej rozdzielczości i wysyłać zdjęcia na Ziemię, pozwalając nam spojrzeć na naszych najbliższych planetarnych sąsiadów. W dodatku do wiedzy naukowej możemy dowiedzieć się, czy pasują te planety do kolonizacji człowieka.

Zespół, który zajmuje się Breakthrough Starshot, tak samo imponująca, jak i technologii. Do zarządu wchodzą Milner, Hawking i Mark Zuckerberg, twórca Facebook. Rolę dyrektora wykonawczego zajmuje Pete Warden, były dyrektor centrum naukowo-badawczego Amesa w NASA. Kilku znanych naukowców, w tym laureatów nagrody nobla, doradzają projekt, a Milner umieścić 100 milionów dolarów z własnych środków, aby praca się zaczęła. Wraz z kolegami inwestują ponad 10 miliardów dolarów w ciągu kilku lat, aby praca została zakończona.

Mimo, że cała ta sprawa wydaje się zupełnie sci-fi, nie ma żadnych naukowych przeszkód dla jej realizacji. To zresztą nie musi się zdarzyć jutro: aby Starshot był sukces, potrzebny jest szereg osiągnięć w dziedzinie technologii. Organizatorzy i naukowcy-specjaliści wierzą w gwałtowny postęp i w to, że Starshot jest realizowany w ciągu 20 lat.

Dalej znajdziesz listę z jedenastu technologii Starshot i jakie nadzieje na ich wykładniczy rozwój w ciągu najbliższych dwudziestu lat przyznają naukowcy.

Wykrywanie planet pozasłonecznych

Экзопланета — to planet spoza naszego układu Słonecznego. Choć pierwsze naukowe odkrycie egzoplanety miało miejsce dopiero w 1988 roku, na 1 maja 2017 r. stwierdzono 3608 egzoplanet w 2702 układach planetarnych. Chociaż niektóre z nich przypominają planety w układzie Słonecznym, wśród nich jest wiele nietypowych, na przykład, z pierścieniami 200 razy szerszy pierścieni Saturna.

Co jest powodem takiego powodzi odkrycia? Znaczna poprawa teleskopów.

Zaledwie 100 lat temu największym teleskopem na świecie był teleskopu Hookera z lustrem w 2,54 metra. Dziś Bardzo Duży Teleskop Europejskiego obserwatorium południowego składa się z czterech dużych teleskopów o średnicy 8,2 metra i stanowi najbardziej produktywne naziemną astronomiczne instalację, znakomitego w jednej wiadomości naukowych na ekspertów pisarz w dzień.

Naukowcy korzystają z OBT i specjalne narzędzie do wyszukiwania stałych gwiazd w układach planetarnych w potencjalnie strefie zamieszkanej gwiazdy. W maju 2016 roku naukowcy korzystający z teleskopu TRAPPIST w Chile, znaleźć nie jedną, a raz siedem planet pozasłonecznych ziemskich wymiarów w potencjalnie strefie zamieszkanej.

Tymczasem w kosmosie statek kosmiczny NASA Kepler, zaprojektowany specjalnie dla tego zadania, już zidentyfikował ponad 2000 planet pozasłonecznych. Kosmiczny teleskop Jamesa Webba, który zostanie uruchomiony w październiku 2018 roku, zapewnia bezprecedensową wyobrażenie o tym, czy mogą egzoplanety podtrzymywać życie. "Jeśli u tych planet jest atmosfera, JWST będzie kluczem do ujawnienia ich tajemnic", mówi Doug Хадгинс, naukowiec programu planet pozasłonecznych w siedzibie NASA w Waszyngtonie.

Koszt na start

Macierzyński statek Starshot będzie uruchomiona na pokładzie rakiety i wyda tysiąc statków. Koszt transportu ładunku z wykorzystaniem jednorazowych rakiet jest ogromna, ale prywatnych usługodawców, takich jak SpaceX i Blue Origin, demonstrowali sukces w uruchomieniu rakiet wielokrotnego użytku, które, jak się oczekuje, znacznie obniżają koszty na uruchomienie. SpaceX już obniżył koszty do 60 milionów dolarów na uruchomienie Falcon 9, i w miarę, jak rozwija się prywatny kosmiczny, przemysł i rakiety wielokrotnego użytku stają się coraz bardziej powszechne, cena będzie spadać i spadać.

Starchip

Każdy 15-tkę Starchip ("star chip") musi zawierać duży wachlarz pomysłowych urządzeń elektronicznych, takich jak system nawigacji, kamera, laser związku, радиоизотопная bateria, multiplekser kamery i jej interfejs. Inżynierowie mają nadzieję, że będą w stanie skurczyć wszystko to w małym urządzeniu wielkości znaczka pocztowego.

W końcu, pierwsze chipy komputerowe w 1960 roku zawierały garstkę tranzystorów. Dzięki prawem Moore ' a, dziś możemy zmieścić miliardy tranzystorów na każdym chipie. Pierwszy aparat cyfrowy ważyła kilka kilogramów i robiła 0,01-megapikselowe zdjęcia. Dziś sensor aparatu cyfrowegosprawia, że wysokiej jakości kolorowe zdjęcia w 12 megapikseli i mieści się w smartfonie — wraz z innymi czujnikami jak GPS, akcelerometru i żyroskopu. I widzimy, jak te ulepszenia przenikają w kosmos wraz z pojawieniem się małych satelitów, które zapewniają nam wysokiej jakości dane.

Dla sukcesu Starshot nam potrzebny, aby masa chipa wynosiła około 0,22 g do 2030 roku. Ale jeśli poprawy będzie przychodzić w tym samym tempie, prognozy sugerują, że to jest możliwe.

Lekki żagiel

Żagiel musi być wykonana z materiału, który będzie mieć wysoki współczynnik odbicia (aby zdobyć maksymalny impuls od lasera), minimalnie absorbujący (aby nie spalił się od ciepła) i przy tym jest bardzo lekki (pozwalał szybko rozpędzić). Te trzy kryteria są bardzo ważne, i obecnie odpowiedniego materiału dla nich po prostu nie istnieje.

Niezbędne osiągnięcia mogą pochodzić od automatyzacji sztucznej inteligencji i przyspieszenie wykrywania nowych materiałów. Taka automatyzacja doszła do tego, że metody uczenia maszynowego dziś mogą "generować biblioteki kandydatów na odpowiednie materiały w dziesiątki tysięcy pozycji" i pozwalają inżynierom określić, o które warto walczyć i które warto przetestować w określonych warunkach.

Przechowywanie energii

Chociaż Starchip będzie korzystać z maleńką радиоизотопную baterię w ciągu swojego 24-letniego podróży, nadal potrzebne zwykłe chemiczne baterii laserów. Лазерам trzeba korzystać z ogromną energię w krótkim czasie, a to oznacza, że energię trzeba przechowywać w bateriach w pobliżu.

Baterie są lepsze o około 5-8% rocznie, mimo, że często nie widzimy tego, bo poziom zużycia energii rośnie. Jeśli baterie będą się poprawiać w takim tempie, za dwadzieścia lat będą w 3-5 razy bardziej pojemne, niż dziś. Inne innowacje mogą pójść za dużymi inwestycjami w dziedzinie baterii i akumulatorów. Joint venture Tesla i Solar City już postawiło 55 000 w Kauai, aby zasilane przez większą część swojej infrastruktury.

Lasery

Tysiące potężnych laserów będą wykorzystywane do promowania urządzenia wraz z żaglem.

Lasery podlegały prawu Moore ' a prawie tak samo, jak układy scalone, mnożąc moc o połowę, przez co 18 miesięcy. W ciągu ostatniej dekady nastąpiło gwałtowne przyspieszenie skalowania mocy diody i laserów światłowodowych. Pierwsze uszkodzili 10 kilowatów z trybu pojedynczego włókna w 2010 roku 100-киловаттный barierę przez kilka miesięcy. Oprócz surowej mocy potrzebujemy również sukces w zjednoczeniu фазированных igłowych laserów.

Szybkość

Nasza zdolność do szybkiego przemieszczania się... poruszała się szybko. W 1804 roku został wynaleziony przez pociąg i bardzo szybko zdobył bezprecedensowy prędkość 100 kilometrów na godzinę. Statek kosmiczny "Helios-2" przyćmił ten rekord w 1976 roku: w najszybszym momencie "Helios-2" oddalał się od Ziemi przy prędkości 356 040 km/h. 40 lat Później statek kosmiczny "Nowe horyzonty" osiągnął heliocentrycznej prędkości do 45 kilometrów na sekundę (ponad 200 000 kilometrów na godzinę). Ale nawet jeśli się poruszać z taką prędkością, trzeba dużo czasu, aby dostać się do Alfy Centauri za cztery świetlnych roku od nas.

Chociaż przyspieszenie cząstek subatomowych do околосветовой prędkości stał się rutyną dla akceleratorów cząstek, makroskopowe obiekty tak rozpędzić się nie udawało. Osiągnięcie 20% prędkości światła będzie 1000-krotnym wzrostem prędkości dla każdego obiektu, zbudowanego człowieka.

Przechowywanie pamięci

Podstawą do obliczeń stała się zdolność do przechowywania informacji. Starshot będzie uzależniony od dalszego obniżenia kosztów i wielkości pamięci cyfrowej, aby zapewnić wystarczającą ilość miejsca do przechowywania swoich programów i obrazów wykonanych w gwiazdy Alfa Centauri i jej planet.

Cena pamięci spadała gwałtownie w ciągu dekady: w 1970 roku megabajtów kosztuje około miliona dolarów; teraz — tylko grosze. Rozmiar wymagany do przechowywania, skurczył się: od 5-мегабайтового dysku twardego, pobieranego w 1956 roku za pomocą wózka widłowego, do 512-gig, urządzeń pamięci masowej USB o wadze kilku gramów.

Telekomunikacja

Jak tylko Starchip zrobi zdjęcia, trzeba je wysłać na Ziemię do obróbki.

Telekomunikacja udało się znacznie, odkąd Alexander Graham Bell wynalazł telefon w 1876 roku. Średnia prędkość internetu na dziś — około 11 megabitów na sekundę. Przepustowość i prędkość, niezbędne do wysyłania obrazów cyfrowych za 4 świetlnych roku — 40 bilionów kilometrów — wymagają najnowszych osiągnięć w dziedzinie telekomunikacji.

Niezwykle obiecującej jest technologia Li-Fi, transmisja bezprzewodowa której zapowiada się 100 razy szybciej Wi-Fi. Prowadzone są również eksperymenty w dziedzinie telekomunikacji kwantowej, które nie są szybkie, ale za to bezpieczne.

Obliczenia

Ostatnim etapem projektu Starchip będzie analiza danych zwracanych przez kosmicznym urządzeniem. Do tego musimy polegać na wykładniczy rozwój mocy obliczeniowej, która wzrosła bilion razy w ciągu ostatnich 60 lat.

Zmniejszenie kosztów obliczeń w ostatnim czasie mocno wiążą się z chmury. Patrząc w przyszłość i wykorzystując nowe metody obliczeń jak kwantowej, możemy spodziewać się тысячекратного zwiększenia mocy do czasu, gdy Starshot będzie zwracać dane. Taka wyjątkowa moc obliczeniowa pozwoli nam wykonywać skomplikowane naukowemodelowanie i analiza naszego najbliższego sąsiedniego systemu gwiezdnego.