På University of California, Santa Barbara, arbejder forskere med UCSB Experimental Cosmology Group (ECG) i øjeblikket på måder til at nå drømmen om interstellar flyvning. Under ledelse af professor Philip Lubin har gruppen afsat en betydelig indsats mod oprettelsen af en interstellar mission bestående af ledet energi lyssejl og et wafer-skala rumfartøj (WSS) "wafercraft".
Hvis alt går godt, vil dette rumfartøj være i stand til at nå relativistiske hastigheder (en del af lysets hastighed) og komme til det nærmeste stjernesystem (Proxima Centauri) inden for vores levetid. For nylig opnåede EKG en vigtig milepæl ved vellykket test af en prototypeversion af deres wafercraft (også kendt som "StarChip"). Dette bestod af at sende prototypen via ballon ind i stratosfæren for at teste dens funktionalitet og ydeevne.
Lanceringen blev gennemført i samarbejde med United States Naval Academy i Annapolis den 12. april 2019. Denne dato blev valgt til at falde sammen med 58-årsdagen for den russiske kosmonaut Yuri Gagarin's orbitale rumflugt, hvilket gjorde ham til den første menneskelig til at gå til rummet . Testen bestod af at starte prototypen ombord på en ballon i en højde af 32.000 m (105.000 fod) over Pennsylvania.
Som professor Lubin forklarede i et interview med UCSB's Den nuværende:
”Det er del af en proces med at bygge for fremtiden, og undervejs tester du hver del af systemet for at forbedre den. Det er del af et langvarigt program til at udvikle miniatyr rumfartøjer til interplanetær og til sidst til interstellar flyvning. ”
Ideen bag StarChip er enkel. Ved at drage fordel af de fremskridt, der er gjort med miniaturisering, kunne alle de nødvendige komponenter i en efterforskningsmission monteres på et rumfartøj på størrelse med en menneskelig hånd. Sejlkomponenten bygger på konceptet med et solsejl og udviklinger foretaget med lette materialer; og sammen tilføjer de et rumfartøj, der kunne accelereres op til 20% lysets hastighed.
Af hensyn til denne flyvning satte videnskabsteamet, der skabte det StarChip gennem en række tests designet til at måle dens præstation i rummet og evnen til at udforske andre verdener. Bortset fra at se, hvordan det faldt i Jordens stratosfære (tre gange højere end det operationelle loft for fly), indsamlede prototypen mere end 4000 billeder af Jorden. Som Nic Rupert, en udviklingsingeniør i Lubins laboratorium, forklarede:
”Det var designet til at have mange af funktionerne i meget større rumfartøjer, såsom billeddannelse, datatransmission, herunder laserkommunikation, holdningsbestemmelse og magnetfeltfølelse. På grund af de hurtige fremskridt inden for mikroelektronik kan vi krympe et rumfartøj i et meget mindre format, end der er gjort før til specialiserede applikationer som vores. ”
Mens StarChip optrådte fejlfrit på denne flyvning, er der nogle massive tekniske forhindringer forude. I betragtning af de involverede afstande - 4,24 lysår (40 billioner km; 25 billioner mi) - og det faktum, at rumfartøjet bliver nødt til at nå en brøkdel af lysets hastighed, er de teknologiske krav skræmmende. Som Lubin sagde:
”Almindelig kemisk fremdrift, som den der tog os til månen for næsten 50 år siden til dagen, ville tage næsten hundrede tusind år at komme til det nærmeste stjernesystem, Alpha Centauri. Og selv avanceret fremdrift, såsom ionmotorer, ville tage mange tusinder af år. Der er kun en kendt teknologi, der er i stand til at nå de nærliggende stjerner inden for en menneskelig levetid, og som bruger selve lyset som fremdrivningssystemet. ”
En af de største udfordringer på dette tidspunkt er at opbygge en jordbaseret lasergruppe, der ville være i stand til at fremskynde laserseglen. ”Hvis du har et stort nok laserarray, kan du faktisk skubbe skiverne med et lasersegl for at nå vores mål om 20 procent af lysets hastighed,” tilføjede Rupert. ”Så ville du være på Alpha Centauri om noget som 20 år.”
Siden 2009 har UCSB Experimental Cosmology Group forsket og udviklet dette koncept som en del af et NASA Advanced Concepts-program kaldet Starlight. Siden 2016 har de modtaget betydelig støtte fra gennembrudsinitiativer (det non-profit rumudforskningsprogram oprettet af Yuri Milner) som en del af Breakthrough Starshot.
I stedet for at skabe et enkelt rumfartøj håber teamet, at deres forskning vil føre til oprettelse af hundreder og endda tusinder af waferscale-fartøjer, der kunne besøge eksoplaneter i nærliggende stjernesystemer. Disse rumfartøjer fjerner behovet for drivmiddel og ville være i stand til at rejse inden for et par årtier snarere end århundreder eller årtusinder.
I denne henseende ville disse rumfartøjer være i stand til at afsløre, om der findes liv ud over Jorden i vores levetider eller ej. Et andet interessant aspekt af UCSB-projektet involverer afsendelse af liv fra Jorden til andre exoplaneter. Specifikt tardigrader og nematoden c.
Dette aspekt af deres plan er ikke ulig forslaget fra Dr. Claudius Gros fra Goethe Universitets Institut for Teoretisk Fysik. Forslaget opfordrer til, at ”projektgenesis” er passende benævnt, at rumfartøjer, der er drevet af styret energi, skal rejse til andre stjernesystemer og frø alle ”forbigående beboelige” eksoplaneter, der er der. Kort sagt, livet ville få et springstart på planeter, der er beboelige, men ikke beboede.
Som David McCarthy, en kandidatstuderende i Institut for Elektrisk og Computer Engineering ved UCSB, forklarede, at det at komme til det punkt, hvor alt er muligt, er en meget iterativ proces. ”Pointen med at opbygge disse ting er at vide, hvad vi vil medtage i den næste version, i den næste chip,” sagde han. "Du starter med hyldekomponenter, fordi du kan iterere hurtigt og billigt."
Med denne høje højde-test fuldført sigter UCSB-gruppen mod en første suborbital første flyvning næste år. I mellemtiden reducerer fremskridt inden for siliciumoptik og integreret fotografik i wafer-skala - delvis takket være forskning, der udføres af UCSBs afdeling for elektroteknik og computerteknik - omkostningerne ved masseproduktion af disse bittesmå rumfartøjer.
Ud over interstellar rejser kunne denne teknologi muliggøre hurtige, billige omkostninger til Mars og andre steder i solsystemet. Professor Lubin og hans medforskere har også brugt år på at undersøge applikationer til planetarisk forsvar mod kometer, afbøde rumrester, øge jordbundne satellitter eller fjernstyre fjerntliggende solsystemudposter. Når det kommer til styret energi, er mulighederne virkelig svimlende.
