Yhdessä ihmiskunnalla oli tavoitteita, jotka johtivat uskomattomiin hankkeisiin, kuten ensimmäinen miehitetty lento avaruuteen tai lähetys kuuhun. Seuraava askel on planeettojen kolonisaatio ja sitten tähtienvälinen matka. Läpimurto Starshot -aloite on seuraaja ihmisten kunnianhimoiselle tavoitteelle ja lupaa tasoittaa tietämme tähtiin välittömässä läheisyydessä.
Venäläisen miljardööriyrittäjän Juri Milnerin, Breakthrough Starshot, aivorikkaus teki merkki huhtikuussa 2016 lehdistötilaisuudessa, johon osallistuivat tunnetut fyysikot kuten Stephen Hawking ja Freeman Dyson. Vaikka projekti ei ole kaukana loppuun saattamisesta, alustavaan suunnitelmaan sisältyy tuhansien postimerkkikokoisten sirujen lähettäminen suurille hopeapurjeille, jotka ensin saapuvat Maan kiertoradalle ja kiihdyttävät sitten maanpäällisillä lasereilla.
Kahdessa minuutissa laserkiihdytyksessä avaruusalus kiihdyttää viidennekseen valon nopeuden - tuhat kertaa nopeammin kuin mikään keinotekoinen ajoneuvo ihmiskunnan historiassa.
Jokainen avaruusalus lentää 20 vuotta ja kerää tieteellistä tietoa tähtienvälisestä avaruudesta. Saavuttuaan Alpha Centauri -järjestelmän planeetoihin, sisäänrakennettu digitaalikamera ottaa korkearesoluutioisia valokuvia ja lähettää kuvia takaisin Maahan, jolloin voimme katsoa lähimpiä planeettanaapureitamme. Tieteellisen tiedon lisäksi voimme selvittää, soveltuvatko nämä planeetat ihmisen kolonisaatioon.
Läpimurto Starshotin takana oleva joukkue on yhtä vaikuttava kuin tekniikka. Hallitukseen kuuluvat Milner, Hawking ja Facebookin luoja Mark Zuckerberg. NASA: n Ames-tutkimuskeskuksen entinen johtaja Pete Warden on toimitusjohtaja. Useat tunnetut tutkijat, mukaan lukien Nobel-palkinnon saajat, neuvoo hanketta, ja Milner pani 100 miljoonaa dollaria omista varoistaan työn aloittamiseksi. Yhdessä työtovereiden kanssa he investoivat yli 10 miljardia dollaria useiden vuosien ajan työn loppuun saattamiseksi.
Vaikka koko idea tuntuu täysin tieteelliseltä, sen toteuttamiselle ei ole tieteellisiä esteitä. Tämän ei kuitenkaan tarvitse tapahtua huomenna: Jotta Starshot menestyisi, tarvitaan useita tekniikan kehityksiä. Järjestäjät ja tieteelliset konsultit uskovat eksponentiaaliseen etenemiseen ja siihen, että Starshot on ollut olemassa jo 20 vuotta.
Alta löydät luettelon yksitoista Starshot-tekniikasta ja siitä, mitä tutkijat toivovat eksponentiaaliseen kehitykseen seuraavan kahdenkymmenen vuoden aikana.
Mainosvideo:
Exoplanet-havaitseminen
Eksoplaneetta on planeetta aurinkokuntamme ulkopuolella. Vaikka ensimmäinen eksoplaneetan tieteellinen löytö tapahtui vasta vuonna 1988, 1. toukokuuta 2017 alkaen 3 608 eksoplaneettaa löydettiin 2 702 planeettajärjestelmästä. Vaikka jotkut niistä muistuttavat aurinkojärjestelmän planeettoja, on monia epätavallisia, kuten sellaisia, joiden renkaat ovat 200 kertaa laajemmat kuin Saturnuksen.
Mikä on syy tähän löytövirtaan? Teleskooppien merkittävä parannus.
Vain 100 vuotta sitten maailman suurin kaukoputki oli Hooker-teleskooppi, jonka peili oli 2,54 metriä. Nykyään ESO: n erittäin suuri teleskooppi, joka koostuu neljästä suuresta teleskoopista, joiden halkaisija on 8,2 metriä, on tuottavin maapallolla sijaitseva tähtitieteellinen laitos, joka tuottaa yhden tieteellisen artikkelin asiantuntija-arvioita kohden päivässä.
Tutkijat käyttävät MBT: tä ja erityistä työkalua etsimään kiinteitä ekstrasolaarisia planeettoja tähden mahdollisesti asuttavalta alueelta. Toukokuussa 2016 Chilen TRAPPIST-teleskooppia käyttäneet tutkijat löysivät potentiaalisesti asuttavalta alueelta vain yhden, mutta seitsemän maapallon eksoplaneettaa kerralla.
Samaan aikaan avaruudessa NASA: n Kepler-avaruusalusta, joka on erityisesti suunniteltu tehtävää varten, on jo tunnistanut yli 2000 eksoplaneettaa. James Webbin avaruusteleskooppi, joka avataan lokakuussa 2018, tarjoaa ennennäkemättömän kuvan siitä, voivatko eksoplaneetit tukea elämää. "Jos näillä planeetoilla on ilmapiiri, JWST on avain heidän salaisuuksiensa paljastamiseen", sanoo NASA: n pääkonttorin Washington DC: n exoplanet-ohjelmatutkija Doug Hudgins.
Käynnistyskustannukset
Starshot-emoalus lasketaan rakettiin ja laukaisee 1000 alusta. Hyötykuormien kuljetuskustannukset kertakäyttöisillä raketteilla ovat valtavat, mutta yksityiset palveluntarjoajat, kuten SpaceX ja Blue Origin, ovat osoittaneet menestystä uudelleenkäytettävien rakettien käynnistämisessä, joiden odotetaan vähentävän merkittävästi laukaisukustannuksia. SpaceX on jo leikannut kustannuksia 60 miljoonaan dollariin Falcon 9: n lanseeraamisesta. Kun yksityinen avaruusteollisuus laajenee ja uudelleenkäytettävät raketit yleistyvät, hinta laskee ja laskee.
Starchip
Jokaisen 15 mm: n tärkkelyksen ("tähtipiiri") on sisällettävä suuri joukko kehittyneitä elektronisia laitteita, kuten navigointijärjestelmä, kamera, viestintälaseri, radioisotooppiparisto, kameran multiplekseri ja sen käyttöliittymä. Suunnittelijat toivovat voivansa puristaa kaiken pieneen postimerkkikokoiseen koneeseen.
Loppujen lopuksi ensimmäisissä tietokonepiirissä 1960-luvulla oli kourallinen transistoreita. Mooren lain ansiosta voimme sovittaa tänään miljardeja transistoreita jokaiselle sirulle. Ensimmäinen digitaalikamera paino useita kiloja ja siepatti 0,01 megapikselin kuvia. Nykyään digitaalikameraanturi kaappaa korkealaatuisia värikuvia 12 megapikselillä ja sopii älypuhelimeen - yhdessä muiden anturien, kuten GPS, kiihtyvyysanturi ja gyroskooppi, kanssa. Ja näemme näiden parannusten tekevän avaruustutkimuksen pienemmillä satelliiteilla, jotka tarjoavat meille laadukasta tietoa.
Jotta Starshot menestyisi, tarvitsemme noin 0,22 gramman sirujen massan vuoteen 2030 mennessä. Mutta jos parannukset jatkuvat samaan tahtiin, ennusteiden mukaan tämä on täysin mahdollista.
Kevyt purje
Purjeen tulee olla valmistettu materiaalista, joka on erittäin heijastavaa (jotta laser saadaan maksimaalisen pulssin), absorboi minimaalisesti (jotta lämpö ei palaa) ja samalla erittäin kevyttä (sallitaan nopealle kiihdytykselle). Nämä kolme kriteeriä ovat erittäin tärkeitä, eikä heille tällä hetkellä ole sopivaa materiaalia.
Tarvittavat edistysaskeleet voivat olla tekoälyn automatisointi ja uusien materiaalien löytämisen nopeuttaminen. Tämä automatisointi on mennyt niin pitkälle, että koneoppimismenetelmät voivat nykyään "tuottaa hakukirjastoja sopiville materiaaleille kymmenissä tuhansissa paikoissa" ja antaa insinöörille mahdollisuuden määrittää, mitkä kannattaa taistella ja mitkä ovat testaamisen arvoisia tietyissä olosuhteissa.
Energia varasto
Vaikka Starchip käyttää pieniä radioisotooppiparistoja 24 vuoden matkaansa, tarvitsemme silti tavanomaisia kemiallisia akkuja lasereille. Laserien on vapautettava valtava energia lyhyessä ajassa, mikä tarkoittaa, että energia on varastoitava lähellä oleviin akkuihin.
Akut paranevat noin 5-8% vuodessa, vaikka emme usein näe sitä, koska energiankulutus kasvaa. Jos paristot paranevat edelleen tällä nopeudella, kahdenkymmenen vuoden kuluttua ne ovat 3–5 kertaa suuremmat kuin nykyään. Muut innovaatiot voisivat seurata suuria investointeja akkutekniikkaan. Tesla-Solar City -yhteisyritys on jo toimittanut Kauaille 55 000 kappaletta suurimman osan infrastruktuuristaan.
laserit
Aluksen kuljettamiseen purjeen mukana käytetään tuhansia voimakkaita lasereita.
Laserit noudattivat Mooren lakia samalla tavalla kuin integroidut piirit, kaksinkertaistaen tehon 18 kuukauden välein. Viimeisen vuosikymmenen aikana on tapahtunut dramaattinen kiihtyvyys diodi- ja kuitulaserien tehon skaalaamisessa. Ensimmäinen lävistettiin 10 kilowattia yksimuotoista kuitua vuonna 2010 ja 100 kilowatin este muutamaa kuukautta myöhemmin. Raakavoiman lisäksi tarvitsemme menestystä vaiheittaisten ryhmälaserien yhdistämisessä.
Nopeus
Kykymme liikkua nopeasti … muutti nopeasti. Vuonna 1804 juna keksittiin, ja se saavutti pian kuulumattoman nopeuden 100 km / h. Avaruusalusta "Helios-2" varjosti tämän ennätys vuonna 1976: Nopeimmassa vaiheessa "Helios-2" oli siirtymässä maasta nopeudella 356 040 km / h. 40 vuotta myöhemmin New Horizons -aluksen avaruusalus on saavuttanut 45 kilometrin sekunnissa (yli 200 000 kilometriä tunnissa) heliosentrisen nopeuden. Mutta jopa tällä nopeudella kesti kauan saavuttaa Alpha Centauri, joka on neljä valovuotta päässä.
Vaikka subatomisten hiukkasten kiihdyttämisestä melkein valonopeudeksi on tullut yleistä hiukkaskiihdyttimissä, makroskooppiset esineet eivät ole kyenneet kiihdyttämään tällä tavalla. 20%: n valon nopeuden saavuttaminen olisi 1000-kertainen ihmisen rakentaman esineen nopeuteen.
Muistin tallennus
Kyvystä tallentaa tietoja tuli laskelmien perusta. Starshot riippuu digitaalisen muistin kustannusten ja koon jatkuvista laskuista, jotta Alfa Centauri -järjestelmässä ja sen planeetoilla otetuille ohjelmille ja kuville olisi riittävästi tilaa.
Muistin hinta on laskenut räjähdysmäisesti vuosikymmenien ajan: vuonna 1970 megatavu oli noin miljoonan dollarin arvoinen; nyt - pelkät penniä. Varastointia varten tarvittava koko on myös pienentynyt 5-megatavuisesta kiintolevystä, joka on ladattu vuonna 1956 haarukkatrukilla, 512 gigatavun USB-muistitikkuun, joka painaa muutama gramma.
tietoliikenne
Kun Starchip on ottanut kuvia, ne on lähetettävä takaisin Maahan käsittelyä varten.
Televiestintä on edistynyt merkittävästi sen jälkeen, kun Alexander Graham Bell keksi puhelimen vuonna 1876. Keskimääräinen Internet-nopeus on tänään noin 11 megabittiä sekunnissa. Kaistanleveys ja nopeus, joka tarvitaan digitaalisten kuvien lähettämiseen 4 valovuoteen verrattuna - 40 biljoonaa kilometriä -, vaativat viimeisimmät edistykset televiestinnässä.
Li-Fi-tekniikka on erittäin lupaava, ja sen langaton lähetys lupaa olla 100 kertaa nopeampi kuin Wi-Fi. Kvanttitietoliikenteen alalla on myös kokeiluja, jotka eivät ole nopeita, mutta turvallisia.
laskelmat
Starchip-projektin viimeinen vaihe on avaruusaluksen palauttamien tietojen analysointi. Tätä varten meidän on luotettava laskentatehon eksponentiaaliseen kehitykseen, joka on lisääntynyt triljoona kertaa viimeisen 60 vuoden aikana.
Äskettäin laskentakustannusten lasku on liitetty voimakkaasti pilviin. Tulevaisuuteen nähden ja käyttämällä uusia laskentamenetelmiä, kuten kvantti, voimme odottaa tehon kasvavan 1000-kertaisesti siihen mennessä, kun Starshot palauttaa tiedot. Tämä poikkeuksellinen laskentateho antaa meille mahdollisuuden suorittaa hienostuneita tieteellisiä simulaatioita ja analyysejä lähimmästä naapurimaiden tähtijärjestelmästämme.
ILYA KHEL