Едно време човечеството имаше амбиции, водещи до такива невероятни проекти като първия пилотиран полет в космоса или мисия до Луната. Следващата стъпка ще бъде колонизацията на планетите, а след това и междузвездното пътуване. Инициативата за пробив на звездите е наследник на човешката амбиция и обещава да проправи пътя си към звездите в непосредствена близост.
Breakthrough Starshot, дете на руския милиардер предприемач Юри Милнър, стана известен през април 2016 г. на пресконференция, на която присъстваха известни физици, включително Стивън Хокинг и Фрийман Дайсън. Въпреки че проектът все още не е завършен, предварителният план включва изпращане на хиляди чипове с пощенски марки върху големи сребърни платна, които първо ще влязат в орбита на Земята и след това ще бъдат ускорени от наземни лазери.
За две минути лазерно ускорение космическият кораб ще ускори до една пета от скоростта на светлината - хиляда пъти по-бърза от всяко изкуствено превозно средство в цялата история на човечеството.
Всеки космически кораб ще лети в продължение на 20 години и ще събира научни данни за междузвездното пространство. След като достигне планетите в звездната система Алфа Кентавър, вградената цифрова камера ще прави снимки с висока разделителна способност и ще изпраща изображения на Земята, което ни позволява да разгледаме най-близките си планетни съседи. В допълнение към научните знания можем да разберем дали тези планети са подходящи за колонизация на човека.
Екипът зад Breakthrough Starshot е също толкова впечатляващ, колкото и технологията. Съветът на директорите включва Милнър, Хокинг и Марк Зукърбърг, създателят на Facebook. Пийт Уордън, бивш директор на изследователския център на Еймс на НАСА, е изпълнителен директор. Няколко видни учени, включително нобелови лауреати, съветват проекта и Милнър вложи 100 милиона долара от собствените си средства, за да започне работата. Заедно с колегите те инвестират над 10 милиарда долара за няколко години, за да завършат работата.
Въпреки че цялата тази идея изглежда напълно научнофантастична, няма научна пречка за нейното осъществяване. Това обаче не трябва да се случва утре: за да бъде успешен Starshot, са необходими редица напредъци в технологиите. Организаторите и научните консултанти вярват в експоненциалния напредък и в това, че Starshot съществува от 20 години.
По-долу ще намерите списък с единадесет технологии на Starshot и това, което се надява учените да въздействат върху експоненциалното си развитие през следващите двадесет години.
Промоционално видео:
Откриване на екзопланета
Екзопланета е планета извън нашата Слънчева система. Въпреки че първото научно откритие на екзопланета е станало едва през 1988 г., от 1 май 2017 г. в 2 702 планетни системи са открити 3 608 екзопланети. Докато някои от тях приличат на планети в Слънчевата система, има много необичайни такива, като тези с пръстени 200 пъти по-широки от тези на Сатурн.
Каква е причината за този потоп от открития? Значително подобрение на телескопите.
Само преди 100 години най-големият телескоп в света беше телескопът Хукер с огледало 2,54 метра. Днес много големият телескоп на ESO, съставен от четири големи телескопа с диаметър 8,2 метра, е най-продуктивната наземна астрономическа инсталация, произвеждаща по една научна статия на експертен преглед на ден.
Учените използват MBT и специален инструмент за търсене на твърди екстрасоларни планети в потенциално обитаемата зона на звездата. През май 2016 г. учените, използващи телескопа TRAPPIST в Чили, откриха не една, а седем екзопланети с размер на Земята наведнъж в потенциално обитаема зона.
Междувременно в космоса космическият апарат на НАСА Kepler, специално проектиран за задачата, вече е идентифицирал повече от 2000 екзопланети. Космическият телескоп James Webb, който ще стартира през октомври 2018 г., ще предостави безпрецедентен поглед върху това дали екзопланетите могат да поддържат живота. "Ако тези планети имат атмосфера, JWST ще бъде ключът към разкриването на техните тайни", казва Дъг Хъджинс, учен по екзопланета в щаба на НАСА във Вашингтон.
Разходи за стартиране
Корабът майка майка Starshot ще бъде изстрелян на борда на ракетата и ще изстреля 1000 кораба. Цената за транспортиране на полезен товар с ракети за еднократна употреба е огромна, но частните доставчици на услуги като SpaceX и Blue Origin демонстрираха успех в пускането на ракети за многократна употреба, които се очаква значително да намалят стартовите разходи. SpaceX вече намали разходите до 60 милиона долара за изстрелването на Falcon 9 и с разширяването на частната космическа индустрия и ракетите за многократна употреба стават все по-разпространени, цената ще пада и пада.
Starchip
Всеки 15-милиметров Starchip ("звезден чип") трябва да съдържа голям набор от сложни електронни устройства като навигационна система, камера, комуникационен лазер, радиоизотопна батерия, мултиплексор на камера и неговия интерфейс. Инженерите се надяват, че могат да изтръгнат всичко това в малка машина с размер на пощенски марки.
В края на краищата първите компютърни чипове през 60-те години съдържаха шепа транзистори. Благодарение на закона на Мур, днес можем да поставим милиарди транзистори на всеки чип. Първата цифрова камера тежи няколко килограма и заснема 0,01-мегапикселова снимка. Днес сензор за цифрова камера улавя висококачествени цветни изображения с 12 мегапиксела и се вписва в смартфон - заедно с други сензори като GPS, акселерометър и жироскоп. И виждаме, че тези подобрения се насочват към изследване на космоса с по-малки спътници, които ни предоставят качествени данни.
За да бъде успешен Starshot, ще ни трябва маса чип от около 0,22 грама до 2030 година. Но ако подобренията продължават да идват със същите темпове, прогнозите предполагат, че това е напълно възможно.
Леко платно
Платното трябва да бъде направено от материал, който ще бъде силно отразяващ (за да се получи максималният импулс от лазера), минимално абсорбиращ (за да не изгори от топлина) и в същото време много лек (позволява бързо ускорение). Тези три критерия са изключително важни и в момента няма подходящ материал за тях.
Необходимият напредък може да дойде от автоматизиране на изкуствения интелект и ускоряване на откриването на нови материали. Тази автоматизация стигна толкова далеч, че методите за машинно обучение днес могат да „генерират библиотеки от кандидати за подходящи материали на десетки хиляди позиции“и да позволят на инженерите да определят за кои си струва да се борят и кои струва да се тестват при определени условия.
Енергиен запас
Въпреки че Starchip ще използва малка радиоизотопна батерия за своето 24-годишно пътуване, все пак ще се нуждаем от конвенционални химически батерии за лазерите. Лазерите ще трябва да освободят колосална енергия за кратко време, което означава, че енергията ще трябва да се съхранява в батерии наблизо.
Батериите се подобряват с около 5-8% годишно, въпреки че често не виждаме това, тъй като консумацията на енергия се увеличава. Ако батериите продължат да се подобряват с тази скорост, след двадесет години те ще бъдат 3-5 пъти по-голям капацитет, отколкото са днес. Други иновации могат да последват голяма инвестиция в индустрията за батерии. Съвместното предприятие Tesla-Solar City вече е доставило 55 000 на Kauai, за да захранва по-голямата част от инфраструктурата си.
Лазери
Хиляди мощни лазери ще бъдат използвани за задвижване на плавателния съд заедно с платното.
Лазерите се подчиниха на закона на Мур по същия начин като интегралните схеми, удвоявайки мощността на всеки 18 месеца. През последното десетилетие се наблюдава драматично ускорение в мащабирането на силата на диодни и влакнести лазери. Първите пробиха 10 киловата влакна в един режим през 2010 г. и бариера от 100 киловата няколко месеца по-късно. В допълнение към суровото захранване, имаме нужда и от успех в комбинирането на фазови лазерни масиви.
скорост
Способността ни да се движим бързо … се движеше бързо. През 1804 г. влакът е изобретен и много скоро придобива нечувана скорост от 100 километра в час. Космическият кораб „Хелиос-2“затъмни този рекорд през 1976 г.: в най-бързия момент „Хелиос-2“се отдалечаваше от Земята със скорост 356,040 км / ч. 40 години по-късно космическият апарат New Horizons достигна хелиоцентрична скорост от 45 километра в секунда (повече от 200 000 километра в час). Но дори и с тази скорост щеше да отнеме много време, за да достигнете Алфа Кентавър, на четири светлинни години.
Въпреки че ускоряването на субатомните частици до скоростта на почти светлината е станало обичайно при ускорителите на частици, макроскопските обекти не са успели да ускорят този начин. Достигането на 20% от скоростта на светлината би било 1000 пъти по-бързо от всеки обект, изграден от човека.
Съхранение на паметта
Възможността за съхраняване на информация стана основата за изчисления. Starshot ще зависи от непрекъснатото намаляване на цената и размера на цифровата памет, за да осигури достатъчно пространство за съхранение на своите програми и изображения, заснети в звездната система Alpha Centauri и нейните планети.
Цената на паметта намалява експоненциално от десетилетия: през 1970 г. мегабайт струваше около милион долара; сега - само стотинки. Размерът, необходим за съхранение, също се е свил, от 5-мегабайтовия твърд диск, зареден през 1956 г. с мотокар до 512-гигабайтови USB клечки, тежащи няколко грама.
телекомуникации
След като Starchip заснеме изображенията, те ще трябва да бъдат изпратени обратно на Земята за обработка.
Телекомуникациите значително напредват, след като Александър Греъм Бел изобретява телефона през 1876 година. Средната скорост на интернет днес е около 11 мегабита в секунда. Широчината на честотната лента и скоростта, необходими за изпращане на цифрови изображения за 4 светлинни години - 40 трилиона километра - ще изискват най-новите постижения в телекомуникациите.
Технологията Li-Fi е изключително обещаваща, а нейното безжично предаване обещава да бъде 100 пъти по-бързо от Wi-Fi. Има и експерименти в областта на квантовите телекомуникации, които няма да са бързи, но безопасни.
Изчисленията
Последната стъпка на проекта Starchip ще бъде анализ на данните, върнати от космическия кораб. За целта ще трябва да разчитаме на експоненциалното развитие на изчислителната мощност, което се е увеличило с трилион пъти през последните 60 години.
Напоследък спадът в цената на компютрите е силно свързан с облаци. Гледайки напред и използвайки нови изчислителни методи като квантова, можем да очакваме увеличение на мощността в 1000 пъти до момента, в който Starshot връща данни. Тази изключителна изчислителна сила ще ни позволи да извършим сложни научни симулации и анализи на най-близката ни съседна звездна система.
ИЛЯ КХЕЛ