Läpimurto Starshot-jäsenet ovat laatineet luettelon haasteista, jotka heidän on ratkaistava saadakseen oikean kokoinen aurinkopurje, joka lentää Alpha Centauriin 20 vuodessa. Heidän havaintonsa julkaistiin Nature Materials -lehdessä.
"Analyysimme ensimmäiset tulokset olivat yllättäen optimistisia - jo nykyään olemassa olevat materiaalit yhdessä uusien valmistusmenetelmien ja niiden ominaisuuksien mittaamisen kanssa mahdollistavat periaatteessa mahdollisuuden luoda prototyyppipurje, joka soveltuu tähtien välisen aluksen kiihdyttämiseen", kirjoitti Harry Atwater ja hänen kollegansa. Kalifornian teknillisestä instituutista Pasadenassa (USA).
Huhtikuussa 2016 edesmennyt brittiläinen kosmologi Stephen Hawking ja venäläinen miljardööri Juri Milner puhuivat seuraavasta "avaruus" -aloitteestaan Breakthrough Initiatives -sarjassa - Breakthrough Starshot. Sen puitteissa liikemies myönsi 100 miljoonaa dollaria avaruusaluksen luomiseksi Kalifornian fyysikkojen Philip Lubinin johdolla kaksi vuotta sitten esittämän idean pohjalta.
Sen ydin on lähettää ei klassisia avaruusaluksia kaukaisille planeetoille, vaan erittäin kevyille ja tasaisille heijastavasta materiaalista valmistetuille rakenteille, jotka kiihdytetään melkein valonopeuksiksi tehokkaalla kiertoradalla.
Tällainen tähtienvälinen "purjelaiva" pystyy amerikkalaisten fyysikkojen laskelmien mukaan pääsemään Alpha Centauriin 20 vuodessa ja lentää Marsin ja maan välillä vain kolmessa päivässä ilman hyötykuormaa ja kuukaudessa 10 tonnin kuormalla.
Suurin ongelma molemmissa tapauksissa on anturin hidastuminen - vaikka sen keksimällä joukkueella ei ole ideoita siitä, kuinka laser "purjeveneen" pysähtyminen saadaan turvalliseksi. Samanlaisia ongelmia syntyy, kuten muut fyysikot myöhemmin ehdottivat kiihtyvyytensä aikana - purje joko poltetaan laserilla tai se romahtaa, kun se törmää pölyhiukkasiin.
Atwater ja hänen kollegansa instituutissa, jotka olivat suoraan mukana Breakthrough Starshot -yrityksessä, tutkivat ensimmäistä kertaa yksityiskohtaisesti, kuinka tällainen purje käyttäytyisi toimiessaan laserin ja tähteiden välisen väliaineen kanssa, ja määritteli joukon vähimmäisvaatimuksia sen valmistamiseksi.
Kuten tutkijat havaitsivat, huolimatta melkein "mahdottomasta" ominaisuusjoukosta - pinta-ala 10 neliömetriä, massa grammoina ja heijastavuus 99,999999% -, purjeen valmistuksen pääongelma ei ole materiaalin valinta, vaan joukko muita asioita. Kävi ilmi, että maapallolla on jo olemassa joukko materiaaleja, mukaan lukien molybdeenidisulfidista, amorfisesta piistä ja useista muista puolijohteista valmistetut kalvot, joilla on samanlaiset ominaisuudet.
Mainosvideo:
Jos tämä kalvo on riittävän ohut, tällaisessa väliaineessa olevien törmäyksien kanssa helium- ja vetyatomien kanssa ei paradoksaalisesti ole mitään vaikutusta purjeen elämään. Suurin osa atomeista kulkee sen läpi aiheuttamatta vahinkoa, ja törmäykset pölyhiukkasten kanssa, kuten fyysikkojen laskelmat osoittavat, vahingoittavat enintään 10% purjeen kokonaispinta-alasta.
Ongelma puolestaan on, että nykyään ei ole tekniikoita, jotka sallisivat kasvattaa erittäin homogeenisia ja ohuita kalvoja näistä vaaditun koon aineista. Tutkijoiden on löydettävä tapa liimata näiden kalvojen suhteellisen pienet fragmentit, joiden halkaisija on 10-20 senttimetriä, ja tämä toimenpide on suoritettava käytännössä atomisella tarkkuudella.
Toisaalta Atwater ja hänen kollegansa ovat vakuuttuneita siitä, että tällaisia purjekappaleiden "liimaamista" koskevia tekniikoita voidaan kehittää melko nopeasti, luottaen tekniikoihin, joita nykyään käytetään IT-teollisuudessa mikropiirien yksittäisten osien juottamiseen. Niiden luominen antaa Breakthrough Starshot -sovelluksen ratkaista yhden tärkeimmistä ongelmista ja alkaa luoda laserjärjestelmän, joka kykenee kiihdyttämään purjeen vaaditulle nopeudelle.