Когато се гледа на космически мащаб, човечеството живее върху малко пясъчно зърно, плуващо в невъобразимо дълбокия океан. Огромните пространства на пространството отделят дори най-близките звезди, като гарантират, че ако някоя интелигентна форма на живота се опита да се разпространи в галактиката, това ще изисква значителни усилия за преодоляване на междузвездното море.
Когато погледнем звездите, с надеждата, че можем да ги посетим един ден, мнозина твърдят, че междузвездното пътуване е невъзможно. Накрая, най-близката известна звезда е на повече от 4 светлинни години от Земята.
Нека помислим за момент: светлината ще отнеме 8 минути и 20 секунди, за да пътуваме от повърхността на Слънцето до атмосферата на нашата планета. Следователно, когато погледнете към Слънцето, знайте, че слънчевата топлина, която чувствате по лицето си, е изминала 90 милиона мили през междупланетното пространство и са пристигнали на кожата ви почти 9 минути по-късно.
Но светлината отнема около четири години и половина, за да пътува от нашето Слънце до Алфа Кентавър, най-близката звездна система извън нашата слънчева система, за да покрие 26 трилиона мили междузвездно пространство. Сега имаме идея от този мащаб; ако изпратим космически кораб до Алфа Кентавър, използвайки понастоящем достъпни ни задвижващи методи, ще ни отнеме около 80 000 години. Следователно не е изненадващо, че ние се чувстваме в карантина между космическата празнота.
Както можем да видим, междузвездното пътуване не е толкова лесно да се изпълни и е историческо предизвикателство и глобалните усилия трябва да бъдат направени, за да го направят възможно. И все повече и повече учени разбират, че всъщност е напълно възможно.
Така че, когато във вторник, в деня на 55-та годишнина от героичното изстрелване на Юрий Гагарин в космоса, беше направено изявление за Starshot Breakthrough, светът изведнъж откри, че има група инженери, учени, футуролози и предприемачи, които виждат бъдеще човечеството ще предприеме тази важна стъпка в дълбините на неизвестното, изпращайки флот от малки изследователски роботи в тази "невъзможна" дестинация - Алфа Кентавър. Нещо повече, британската теоретична физика Стивън Хокинг напряга усилията си, а руският милиардер Юрий Милнер инвестира до $ 100 милиона в началото на проекта. Известни личности като Марк Цукерберг са в борда на директорите, а бившият директор на изследователския център на НАСА Пийт Уордън ще ръководи проекта. Това, разбира се, не е първият проект за разглеждане на въпроса за междузвездното пътуване. Скачанията от звезда към звезда са били храна за сюжетни линии на научната фантастика в продължение на много десетилетия, но първият забележителен план се появи в Британското междупланетно общество през 70-те години, което доведе до проект Daedalus - чудовищен безпилотен междузвезден кораб. Емпайър Стейт Билдинг. Голяма част от масата на Daedalus е възникнала заради огромното количество гориво, което би било необходимо, за да се ускори превозното средство и да се спре веднага, щом достигне целта си. Когато изучаваше междузвездното пространство, Дедал изпрати мощен сигнал: изпрати голям кораб или дори не мисли за пътуване.
В този случай космическият кораб ще бъде задействан от поредица от ядрени експлозии, използвайки метода, изобретен по време на Студената война, известен като движения, дължащи се на ядрени импулси. Тази концепция даде много, главно това, което се превърна в новаторска технология и огромно постижение в областта на изследванията на материалите в бъдеще и което направи възможно създаването на такъв автомобил.
В момента международен екип от учени и инженери продължи работата на Daedalus, преосмисляйки този оригинален опит в групата с нестопанска цел Icarus Interstellar, която започна като проект на Icarus ("син на Daedalus"). Икар сега има няколко проекта, всички с една и съща крайна цел: да премести човечеството към звездите и да преодолее технологичните и социално-икономическите бариери по пътя.
Имаше няколко сериозни финансирани усилия за по-нататъшно развитие на междузвездната технология, но това се промени през 2011 г., когато американската изследователска агенция DARPA и НАСА дариха $ 500,000 за стартирането на 100-годишния проект за космически кораб, ръководен от бившия астронавт НАСА Ме Джемисон. Но междузвездната общност никога не е виждала такава огромна финансова подкрепа, която носи пробив на Starshot - факт, който вълнува членовете на междузвездната научна общност. "Това е невероятно", казва Андреас Циолас, съосновател и президент на Icarus Interstellar, в Discovery News.
Ключът към целта на Icarus Interstellar е усилието да се донесе мир в радост на междузвездното изследване. В такива безброй исторически примери, човечеството блести, когато пресича границите и, като има такива високи цели, може да създаде пробив или "пробив" технологии.
Забележителни примери включват космическата надпревара, когато политическите идеали изтласкаха САЩ и Съветския съюз в орбита, а след това кацаха на Луната през 1969 година. Разработените технологии за получаване на окончателното военно превъзходство са съзряли, за да ни дадат космическите технологии, които днес приемаме за даденост.
Често новите технологии, разработени по пътя към една голяма цел, имат приложения, които първоначално изглеждат неперспективни, но тяхното неочаквано използване за постигане на тази цел може да трансформира нашата планета, от разработване на чисти енергийни източници до намиране на начини за забавяне и, може би, обратното изменение на климата.
Обикновено, изследванията в областта на новите технологии се родиха за решаване на проблема, а Циолас успя да идентифицира сериозни проблеми, с които проектът Starshot ще трябва да се изправи почти веднага.
Ключовата идея на Starshot е да създаде малък космически кораб, който ще използва лазерен импулс, за да го ускори до 20% от скоростта на светлината. Крайната цел на Starshot е да постигне Alpha Centauri за едно поколение. Тези космически кораби, известни като "нанокрила", ще трябва да пътуват 1000 пъти по-бързо от най-бързия космически кораб, построен от човечеството. Нови хоризонти - космически кораб на НАСА, който прелетя покрай Плутон през 2015 г., проби през външната слънчева система със скорост 770 000 мили на ден. Космическият кораб "Вояджър-1" летя още по-бързо, покривайки почти един милион мили на ден. Въпреки че Алфа Кентавър е толкова бърз като New Horizons и Voyager-1, той не е достигнал дестинацията си за десетки хиляди години. Интересно е да се отбележи, че Voyager-1 сега е междузвездна сонда, която е напуснала магнитния балон на хелиосферата на нашето Слънце и в момента е единственият междузвезден космически кораб. Но като се има предвид, че ядреният космически кораб беше пуснат през 1977 г. и прекара почти 4 десетилетия само за да достигне междузвездното пространство, ние трябва да се движим по-бързо. Много по-бързо.
Екипът на Starshot разбира това и тръгна по пътя на миниатюризацията, за да построи флот от малки космически кораби с тегло не повече от един грам. Разбира се, опаковането на всички инструменти, необходими за работа и контрол на такъв насочен поглед от малък космически кораб, при такава ограничена маса, може да изглежда глупост, но цялата тази изследователска работа ще измести парадигмата от повечето други междузвездни концепции. Това ще бъдат малки роботи, оборудвани с камери, сензори и навигационно оборудване, прикрепени към тънко и леко платно, което ще използва силата на мощния наземен лазер, за да лети от Слънчевата система до Алфа Кентавър.
Но, както отбелязва Циолас, въпреки че лазерната технология бързо се движи напред, е трудно да си представим от какъв материал ще бъде изграден нанокристалът. Дори ако техните лазерни платна отразяват по-голямата част от лазерната енергия, която пада върху тях, ще има голям проблем с отоплението. Честно казано, нанокристалът ще бъде изгорен от хипотетичен 100-гигаватен лазер, ако топлината не се излъчва ефективно. Но за да излъчва топлина, нанокристалите ще се нуждаят от радиатори, които ще увеличат масата.
"Без охлаждаща течност, трябва да излъчвате (топлина) обратно в космоса, и единственият начин да направите това е да използвате микровълни и единственият начин наистина да го направите е да увеличите повърхността", казва Циолас. "Така че се нуждаете от радиатори, които излъчват топлина и които добавят тегло ... радиаторите вероятно ще бъдат метални листове." Може би това е един от онези проблеми, при които се раждат нови технологии? Могат да бъдат разработени свръхлеки, високотемпературни, лесно охлаждащи се материали, които могат да имат голям брой приложения в космоса и промишлеността. Кой знае.
Ако приемем, че тези нанокрила могат да бъдат пуснати и изпратени извън Слънчевата система, те трябва да бъдат много издръжливи и устойчиви. Но 20 години са дълго време в космоса, и въпреки че междузвездна среда е доста празна от стандартите на Слънчевата система, тези превозни средства могат да се сблъскат с всичко, дори и най-малките прахови зърна по своя 20-годишен път могат да повлияят на всеки компонент, точно както висока скорост куршум разбива порцеланова чаша. Нека не забравяме, че тези нанокрила ще пътуват с 20% от скоростта на светлината - повече от 130 милиона мили в час. Въпреки че те са малки, ще имат ли нужда от защита? Може би, но това допълнително ще увеличи теглото им, като в крайна сметка ще ги забави.
В съответствие с настоящия план, неуспехът на мисията ще бъде смекчен чрез изпращане на огромно количество нанопласти за мисията. Въпреки че много нанокрила могат да умрат по пътя си, някои могат да пристигнат на местоназначението си.
Така че има гайки и болтове за връзката. Това са необходими неща, за да изпратите малък космически кораб на друга звезда, но какъв е смисълът, ако не можем да видим снимките? Този нанокристал се нуждае от предаватели, за да изпраща данни от дома, но колко мощни трябва да бъдат тези предаватели?
„Според мен големият проблем е комуникацията“, казва Робърт Фриленд, заместник-ръководител на проекта за Икар. "Няколко членове на екипа по проекта" Икар "прекараха няколко месеца миналата година в проектирането на комуникационна система за кораба Икар. Трябва да се признае, че скоростта на трансфер на данни за Икар е с няколко порядъка по-висока от тази на проекта, защото Икар е проектиран да забави напълно системата Алфа Кентавър. и създаване на станция за дългосрочни, подробни наблюдения. " Фриленд изтъква, че наночастиците Starhot са предназначени за просто преминаване покрай Alpha Centauri, без да навлизат в орбита - ключово предимство, за да ги направят малки и леки. По време на полета, те ще трябва да проведат бърза серия от наблюдения, а след това след известно време да изпратят данните у дома. Но отслабването (загуба на качеството на сигнала) на огромно междузвездно разстояние може да бъде проблем с предавател с ниска мощност, пълен в такъв малък кораб.
"Ако това е така, тогава има аргументи в полза на по-големи сонди, с по-големи захранвания", добави той. "Дай ми килограм полезен товар и проблемът става малко по-прост. Но увеличаването на полезния товар от 1000 пъти ще изисква някаква комбинация от по-голям лазер, по-голям платно, по-дълго време на ускорение или по-ниска максимална скорост."
Тогава проблемите изглеждат да се размножават бързо.
А навигацията? Разбира се, един нанокрил може да има миниатюрни камери, които могат да действат като звездообразуватели, насочвайки ги към правилния път, но как да знаем кога достигат Алфа Центавра? Ако правите снимки на хипотетични планети, обикалящи около звезда, как тези сонди знаят къде (и кога) трябва да се направи? Винаги имайте предвид, че за наночастиците са необходими около 4 години, за да изпратят данните обратно, а ние трябва да изпратим командата "среща" 4 години, преди сондите да достигнат Алфа Кентавър! Може би, преди да стартираме, ще имаме космически телескопи, които точно ще определят екзопланети в системата Алфа Кентавър, и тези нанопробивки ще имат някакъв вид изкуствен интелект, който ще им помогне да развият орбитите си при пристигането си.
Какво ще кажете за практическите въпроси, свързани с наличието на мощен лазер на Земята, който блести през атмосферата? Може ли да бъде опасно за природата, въздушния трафик и (вероятно) космическите полети? Може би трябва да преразгледаме плана за локализиране на този лазер на Земята, може би трябва да намерим начин да го базираме в космоса. А луната? Има много проблеми и очевидни забрани, но поне това е началото. За първи път изглежда има глобален интерес към достигане на звезди и това започва да се придружава от значителна сума пари, която ще бъде използвана за постигане на огромен напредък в фундаменталната междузвездна наука. В крайна сметка мисията на Старшот дори не може да се нарече план, това е отправна точка, но междузвездна наука се нуждае от този вид инвестиции, поне за да тества теорията и да работи с възникващи проблеми.
"Трябва да започнем някъде ... интерес към междузвездното разузнаване, за което се борихме", каза Циолас. "Това е една от задачите на" Икара ", за да направи междузвездното проучване нещо обичайно, за да повиши осведомеността."
Групи като Икар ще идентифицират проблеми и ще разработват решения, намирайки нови технологии по начин, който може да промени нашия начин на живот. Като вълна от търговски интереси в САЩ подкрепя доставката на товари до Международната космическа станция и пускането на спътници в орбита, можем да видим развитието на индустрията в модерни технологии за задвижване, които могат да привлекат бизнеса и да вдъхновят децата да започнат обучение в областта на науката и технологиите.
Но има няколко основни причини, поради които човечеството трябва да бъде мотивирано да плава в междузвездно море. Стивън Хокинг е открит поддръжник на посоката на човечеството към звездите, в случай че нашата планета бъде неуспешна в бъдеще. "Земята е чудесно място, но не може да продължи вечно", каза той в прессъобщението на Старшот. "Рано или късно трябва да погледнем звездите. Пробивът на Starshot е много вълнуваща първа стъпка по пътя."
Въпреки че разрушаването на Земята със сигурност е фактор на мотивация, аз съм съгласен, че като вид ние сме мотивирани да изследваме границите на нашия свят и нашия интелект. Като поемаме инициатива в космоса, изследваме нови светове в нашата слънчева система и се стремим към звездите, ние разкриваме най-добрите качества на нашия вид за дълго пътуване, което може да ни помогне да разберем нашето място в пространството.
