Dieses Hochgeschwindigkeits-Raumsegel kann uns zu den folgenden Sternensystemen bringen

Nur etwa 4 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt liegt Alpha Centauri, ein weiteres geschäftiges Weltraumviertel. Es wird installiert von drei Sterne Mit der gleichen Funktion wie unsere Sonne trägt sie Planeten, die unseren berühmten acht Körpern ähneln, und könnte einen Erdzwilling haben Halte dich in der bewohnbaren Zone auf. Fast wie eine alternative Realität ist das Sternensystem ein verwirrendes Gebiet für Weltraumforscher.

Es gibt nur einen klaren Fall. Mit unserer derzeitigen Technologie werden ausgesandte Raumfahrzeuge Alpha Centauri nicht vor etwa dem Jahr 82022 erreichen. Deshalb wurde 2016 der verstorbene Astrophysiker Stephen Hawking und Investor Juri Milner Gestartet Starshot-Hack – Eine Initiative, Raumsonden in Wafergröße mit 20 % Lichtgeschwindigkeit nach Alpha Centauri zu schickenwas die enorme Reisezeit auf nur 20 Jahre reduziert.

Ihr Schema konzentriert sich auf ein optisches Segel, das die Kraft von Photonen, auch bekannt als Lichtteilchen, nutzt, die von einem bodengestützten Laser emittiert werden, und nicht wie ein herkömmliches Segel den Wind. Obwohl es perfekt zur Science-Fiction-Technologie von Star Trek passt, hat die Idee so viel Popularität erlangt, dass Forscher überall damit beginnen, zu untersuchen, wie man das außerirdische Gerät zum Laufen bringt, in der Hoffnung, eine Hypermaschine zu produzieren, die im ganzen Universum explodiert schwindelerregende Preise.

Ein solches Team von der University of Pennsylvania packt ein großes Puzzleteil an. bei Ein paar Artikel, die diesen Monat in Nano Letters veröffentlicht wurdenUnd das Forscher haben einen Weg vorgeschlagen, um sicherzustellen, dass diese innovativen Raumfahrzeuge während des zwei Jahrzehnte dauernden interstellaren Fluges nicht durch intensive Laserpulse auseinandergerissen werden. Im Wesentlichen schlagen die Forscher vor, dass das Segel im Vakuum des Weltraums „fließen“ sollte wie die Segel gewöhnlicher Boote inmitten der Winde der Erde.

„Einige der Lichtsegelzahlen von Anfang an schwappten, andere nicht, aber sie wurden nicht gut untersucht“, sagte Studienautor Igor Bargatin, außerordentlicher Professor an der Fakultät für Maschinenbau und angewandte Mechanik der Universität von Pennsylvania. „Wir haben gezeigt, dass man unbedingt aufblähen muss.

„Wir haben festgestellt, dass die Menschen die Mechanismen des Problems nicht wirklich berücksichtigt haben, insbesondere die Möglichkeit zu weinen“, fügte Bargatin hinzu. „Wir wollen sicherstellen, dass diese Idee verwirklicht wird, und wenn sie verwirklicht ist, achten die Leute auf die Dinge, die während der Beschleunigung passieren können.

„Wir wollen nicht, dass diese Segel versagen.“

Parameter des interstellaren Schiffes

Stellen Sie sich ein Boot vor, das mit einem daran befestigten Segel aufs Meer hinausfährt. Das Segel hebt sich mit jedem Windstoß und treibt das Schiff vorwärts. Dieser Schub wird durch den Rückstoß des Windes verursacht, der auf das Segel trifft und Druck erzeugt.

Lichtsegel sind nicht viel anders.

„Wenn die Photonen auf unser Lichtsegel treffen, werden sie reflektiert und erzeugen auch Druck“, sagt Bargatin. „Der genaue Mechanismus ist ein wenig anders, weil wir von Licht- und tatsächlichen Luftmolekülen sprechen. Aber es erzeugt Druck, so oder so.“ Tatsächlich haben sich solche Vorrichtungen bereits einigermaßen bewährt.

Im Jahr 2010 die Japan Aerospace Exploration Agency Es startete eine leichte Segelmission namens Ikaros Sie wertete es als Erfolg. im Jahr 2019, LightSail-Demo 2 Affiliate-Klage. Finanziert durch eine Kickstarter-Kampagne, die von Bill Nye und Neil DeGrasse Tyson gestartet wurde, flog es einen kleinen Satelliten mit der reinen Kraft eines Photons ins All.

Aber sowohl Ikaros als auch LightSail 2 verwenden von der Sonne emittiertes Licht, im Gegensatz zu Breakthrough Starshots Vision von Lasern.

Obwohl Sonnenlicht das Tränenrisiko verringert, ist es für einen Starshot-Versuch zu schwach. Darüber hinaus, so Bargattin, sollten die Lichtimpulse von Starshot innerhalb relativ kurzer Zeit auftreten, denn sobald das Lichtsegel zu weit von der Erde entfernt ist, verlieren Wissenschaftler ihre Fähigkeit, es effektiv zu beschleunigen.

Kurz gesagt, um ein Fünftel der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen – damit es Alpha Centauri in den erforderlichen zwanzig Jahren erreichen kann – innerhalb eines strengen Zeitfensters, bräuchten die Lichter extrem starke Lichtimpulse, die nur mit einem Laser möglich sind.

„Der entworfene Druck auf unsere photonischen Nägel ist nicht riesig“, sagte Bargatin. „Es ist fast so, als hätte man einen Penny in der Hand.“ Wissenschaftlich gesehen summiert sich der Druck auf etwa 10 Pa, sagt Bargatin, aber bedenken Sie, wie wir unser Leben leben, ohne uns Gedanken über leichten Druck zu machen. auf keinenfall.

Zehn Pas Lichtleistung erfordern viel Laserenergie, sodass im Gegensatz zum Ikarus-Tanz des sanften Sonnenlichts Lichtnägel, die von extrem harten Laserpulsen ausgesandt werden, beschädigt werden können.

Wie man ein dauerhaftes Lichtsegel baut

Laut den Forschern können die starken Laserpulse einen Druck erzeugen, der stark genug ist, um die Platte wie das Segel eines straffen Bootes zu wölben und zu zerreißen, das explodieren könnte, wenn es von einem riesigen Sturm getroffen wird.

Sie glauben, dass Lichter die Fähigkeit haben sollten, sich zu „wölben“ und eine etwas gebogene Form wie ein Baldachin zu bilden. Bargatin erklärt, dass die Länge des Segels und der Krümmungsradius etwa 3 Meter betragen sollten. In ihren neuen Arbeiten skizzieren die Autoren geometrische Maße, die eine optimale Dehnung gewährleisten.

Auch ein leichtes Segel, das vor Tränen geschützt ist, wird auf andere Hindernisse stoßen. Um solche Probleme zu überwinden, ist der Hauptparameter das Segelmaterial. Die Paneele müssen stark sein, um haltbar zu sein, und leicht, um die Laserleistung zu reduzieren und Licht effizient zu reflektieren, um einen optimalen Schub zu erzielen und die durch die Laserimpulse erzeugte Wärme abzuleiten.

Bargatin sagt, wenn man sich nicht um den letzten Teil kümmert, kann es buchstäblich segeln Verschmelzung Im Weltall.

„Sie können mit einer Reihe von Materialien aufwarten. Die Dicke dieses Materials und die krummlinige Geometrie werden es dem Segel ermöglichen, den Druck zu überwinden, für den wir derzeit entwerfen“, sagte Bargatin und merkte an, dass sein Team hauptsächlich nach einem Material namens Molybdän sucht Disulfid.

Im Großen und Ganzen wäre der Bau eines massiven Laserarrays, das einen Lichtstrahl nach vorne senden würde, jedoch eine große Hürde. Forscher, die in der Weltraumkommunikation arbeiten, finden auch immer noch heraus, wie man Informationen von einer Mikrochip-Sonde abrufen kann, die am optischen Segel angebracht ist, sagt Bargatin.

Wenn der Breakthrough Starshot-Mechanismus eines Tages funktioniert, wird dies ein wahrer Beweis für die Brillanz der Menschheit in der Wissenschaft sein. Bei der Bekanntgabe der beeindruckenden Ziele der Organisation vor sechs Jahren Hawkings Denkmal:

„Ich denke, was uns einzigartig macht, ist das Überschreiten unserer Grenzen. Die Schwerkraft hat uns auf den Boden gedrückt, aber ich bin einfach nach Amerika geflogen. Ich habe meine Stimme verloren, aber ich kann dank meines Sprachsynthesegeräts immer noch sprechen. Wie kommen wir vorbei? diese Grenzen?“

Mit unseren Köpfen und unseren Maschinen.