Drømmen om at rejse til et andet stjernesystem og måske endda finde befolkede verdener der, er en, der har engageret menneskeheden i mange generationer. Men det var først i rumundersøgelsens æra, at videnskabsmænd har været i stand til at undersøge forskellige metoder til at tage en interstellar rejse. Selvom mange teoretiske konstruktioner er blevet foreslået gennem årene, er der i den senere tid blevet fokuseret meget på laserdrevne interstellare sonder.
Den første konceptuelle designundersøgelse, kendt som Project Dragonfly, var vært for Initiative for Interstellar Studies (i4iS) i 2013. Konceptet opfordrede til brug af lasere til at fremskynde et let sejl og rumfartøj til 5% lysets hastighed og dermed nå Alpha Centauri i omkring et århundrede. I et nyligt papir vurderede et af holdene, der deltog i designkonkurrencen, gennemførligheden af deres forslag om lyssejle og magnetisk sejl.
Avisen med titlen "Project Dragonfly: Sail to the stars" blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Astra Astronautica. Undersøgelsen blev ledet af Tobias Häfner, en kandidat fra Université Paul Sabatier (UPS) Toulouse og en nuværende systemingeniør ved Open Cosmos Ltd. Han blev samlet af medlemmer af Oxford Space Systems, Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), og AKKA Technologies.
Når det kommer til interstellære missionskoncepter, har en af de største snublestein altid været den involverede rejsetid. Som vi viste i en tidligere artikel, ville det tage alt fra 1.000 til 81.000 år ved hjælp af nuværende teknologi til at komme til Alpha Centauri. Mens der findes flere teoretiske metoder, der kan tilbyde kortere rejsetider, involverer de enten fysik, der endnu ikke er blevet bevist eller ville være uoverkommelig dyr.
Derfor appellen fra en lyssejle, der drager fordel af den nylige udvikling i miniaturisering for at skabe et mindre og billigere rumfartøj. En anden fordel, i det mindste teoretisk, er, at et sådant rumfartøj kunne accelereres til en brøkdel af lysets hastighed og derfor ville være i stand til at dække den store afstand mellem vores solsystem og den nærmeste stjerne i et par årtier eller et enkelt århundrede .
Som bemærket lancerede i4iS - en frivillig organisation, der er dedikeret til at gøre interstellar rumrejser til virkelighed i den nærmeste fremtid - den første konceptuelle designundersøgelse af lyssejl tilbage i 2013. Dette blev fulgt i 2014 med en konkurrence om at designe et rumfartøj, der ville være i stand til at nå Alpha Centauri inden for 100 år ved hjælp af eksisterende eller næsten sigtede teknologier.
De fire finalister præsenterede deres design på et værksted, der blev afholdt i det britiske interplanetære samfund i juli 2015. Det koncept, der blev forelagt af teamet fra Det tekniske universitet i München, vandt, som derefter lancerede en Kickstarter-kampagne for at skaffe penge til deres design. Designet fra teamet fra University of California, San Diego, har efterfølgende udviklet sig til designet til Breakthrough Initiatives 'gennembrud Starshot.
Hovedforfatter Hafner og hans kolleger var en del af teamet CranSEDS, der bestod af ingeniører og forskere fra Cranfield University i Storbritannien, Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) i Rusland og UPS i Frankrig. I denne seneste undersøgelse præsenterede han og nogle af hans tidligere teammedlemmer deres missionskoncept som en del af en mulighedsundersøgelse.
Af hensyn til denne undersøgelse overvejede de ethvert aspekt af et lyssejls missionsarkitektur. Dette varierede fra sejlets størrelse, materialerne, der blev brugt til at bygge det, størrelsen på laseråbningen, laserens placering, rumfartøjets vægt og rumfartøjets metode, der blev brugt til at retardere, når det nærmede sig destinationen.
I sidste ende opfordrede missionsarkitekturen til de brug af 100 GW laserkraft for at fremskynde et rumfartøj på 2750 kg (~ 6000 lbs) til 5% lysets hastighed - hvilket resulterede i en rejsetid på ca. et århundrede til Alpha Centauri. Sejlet vil være sammensat af en grafenmonolag, der måler 29,4 km i diameter (18,26 mi), hvilket kræver en laser med en åbning på 29,4 km (18,26 mi).
Denne laser ville blive placeret i nærheden af Solen (enten ved Earth-Sun L1 Lagrange Point eller i Cislunar bane) og ville være drevet af massive solcellepaneler. For at retardere, ville rumfartøjet sprænge det lette sejl og indsætte et magnetisk sejl bestående af metaltråde. Dette sejl ville danne en sløjfe struktur ca. 35 km (22 mi) i diameter og veje 1000 kg (2200 lbs).
Når det magnetiske sejl var installeret, opsamlede plasma fra det interstellare medium og solvind fra Alpha Centauri for at retardere og komme ind i systemet. Denne arkitektur konkluderer, at de ville opnå en balance mellem masse og hastighed, give missionen mulighed for at nå Alpha Centauri på lidt over 100 år og lade den udføre videnskabelige operationer ved ankomsten.
Som de antyder i deres undersøgelse, tilbyder denne type missionsarkitektur mange fordele, ikke mindst det faktum, at et større rumfartøj ville være i stand til at bære mere i vejen for instrumenter og indsamle mere videnskabelige data end et rumskib i gram skala (som med gennembrud Starshots StarChip). Som de konkluderede:
”Både [laser- og magnetiske sejl] har den fordel, at intet drivmiddel behøver at transporteres i rumfartøjet… Missionen er baseret på teknologier, der i øjeblikket er tilgængelige eller er under udvikling, men ville have brug for omfattende forbedringer for faktisk at bygge den krævede ruminfrastruktur… Med lasersystemet bruges over en rimelig tidsperiode, når det drejer sig om en mission med flere rumfartøjer. Erfaringer og data indsamlet fra det første rumfartøj kunne bruges til at forbedre de følgende. ”
De anerkender også de udfordringer, som en sådan mission vil medføre, som inkluderer behovet for kilometerstore strukturer i rummet. Sådanne strukturer skulle bygges i kredsløb, hvilket først kræver udvikling af orbitalfabrikker. Og selvfølgelig vil laser og andre vigtige systemer kræve yderligere forfining og udvikling. Ikke desto mindre er konceptet ifølge deres undersøgelse gennemførligt og teknisk forsvarligt.
Nogle er imidlertid i tvivl. F.eks. Er der Dr. Claudius Gros, en teoretisk fysiker fra Institut for Teoretisk Fysik ved Goethe University Frankfurt. Gros er en langvarig talsmann for at bruge lasersegleteknologi med henblik på at opbygge et interstellært rumfartøj og har udført teoretisk arbejde med brugen af magnetiske sejl for at bremse et sådant rumfartøj.
Han er også grundlæggeren af Project Genesis, et forslag om at sende lasersegldrevet rumfartøj udstyret med genfabrikker eller kryogene bælge til andre stjernesystemer, hvor de ville distribuere mikrobielt liv til ”kortvarige beboelige eksoplaneter - dvs. planeter, der er i stand til at støtte livet, men sandsynligvis ikke vil give anledning til det på egen hånd. Som han udtrykte overfor Space Magazine via e-mail:
“Hvad angår decelerationen med et magnetfelt, er det faktisk ikke muligt inden for de forudsatte parametre. Det kræver et magnetisk sejl, der vejer flere hundrede tons for at gøre jobbet, når fartøjet sejler med 5% af lysets hastighed, og når det skal stoppe inden for 20 år, som antaget i nærværende artikel. For at fremskynde et så tungt fartøj ville meget stærkere lanceringssystemer være påkrævet. ”
Begrebet at bruge lasere eller solsejl til at udføre interstellare missioner har dybe rødder. Det har dog kun været inden for de seneste år, at bestræbelserne på at skabe et sådant rumfartøj virkelig er samlet. På nuværende tidspunkt er der mange koncepter, der tilbyder forskellige missioner arkitekturer, som alle har deres andel af udfordringer og fordele.
Med flere forslag, der nu er under udvikling - som inkluderer forslaget fra Haefner og hans kollega, er ii4S's Dragonfly-koncept og Gennembrud Starshot - det vil være meget interessant at se hvilke (hvis nogen) af de nuværende lyssejlkoncepter vil forsøge at tage turen til Alpha Centauri i de kommende årtier.
Vil det være en der kommer der inden for vores levetid, eller en der er i stand til at sende mere tilbage i vejen for videnskabelige data? Eller kan det være en kombination af de to, en slags aftale på kort sigt / lang sigt? Svært at sige. Pointen er, at drømmen om at montere en interstellar mission muligvis ikke forbliver en drøm i meget længere tid.
