„Starshot“ viduje įžūlus planas nušauti mažus laivus į Alfa Kentaurį

Philipo Lubino, vaikštančio paplūdimiu, nuotrauka Michelle Groskopf

Žvaigždžių laivų konferencijos pritraukia vilčių teikiančią minią: mokslininkus, išradėjus ir mėgėjus, entuziastingai sužavėjusius idėjos sukurti erdvėlaivį, galintį skristi tarp žvaigždžių sistemų. Jaudulys šiuose susirinkimuose gali sukelti jausmą, kad viskas yra įmanoma, bet taip pat ir taip, lyg nieko nėra. Daugelis pateiktų schemų yra pernelyg neaiškios ir beveik visada turi per daug technologinių spragų, kurias reikia užpildyti.

2015 m. Philipas Lubinas, kosmologas iš Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje, stojo į sceną 100 metų žvaigždėlaivių simpoziume Santa Klaroje. Jis išdėstė savo planą sukurti tokį galingą lazerį, kad jis galėtų pagreitinti mažyčius erdvėlaivius iki 20% šviesos greičio, ir vos per 20 metų jie pasiektų Alfa Kentaurį. Per vieną kartą galėtume tapti tarpžvaigždiniais tyrinėtojais. Tai buvo gana kabliukas.

Ši istorija buvo mūsų 2019 m. liepos mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Kadangi Lubinas yra puikus viešasis pranešėjas, o pagrindinės technologijos jau egzistavo, o mokslas buvo patikimas, jis po pokalbio buvo priblokštas. Jis taip pat pirmą kartą susitiko su Pete'u Wordenu, buvusiu NASA Ames tyrimų centro tyrimų direktoriumi. Wordenas neseniai perėmė Rusijos technologijų milijardieriaus Jurijaus Milnerio finansuojamos ne pelno programos „Breakthrough Initiatives“ vadovo pareigas. Po šešių mėnesių Lubino projektas gavo 100 milijonų dolerių finansavimą iš Breakthrough ir Stepheno Hawkingo pritarimo, kuris pavadino tai kitu dideliu šuoliu į kosmosą.

„Starshot“ yra paprasta, bent jau teoriškai. Pirma, sukurkite didžiulį vidutiniškai galingų lazerių masyvą. Sujunkite juos kartu – tai vadinama fazės užraktu, kad sukurtumėte vieną spindulį, kurio galia iki 100 gigavatų. Nukreipkite spindulį į labai atspindinčias šviesos bures, pritvirtintas prie mažiau nei gramą sveriančių ir jau skriejančių orbitoje erdvėlaivių. Įjunkite spindulį kelioms minutėms, o fotonų slėgis išsprogdins erdvėlaivį reliatyvistiniu greičiu.

Lubino UC Santa Barbaros laboratorijoje eksperimentinė kosmologijos grupė tiria ankstyvąją visatą. Sujungus Lubino kryptingos energijos tyrimus su kitomis aistrom, tokiomis kaip varomoji jėga, Starshot atsiskleisti. Ms Tech / originalios nuotraukos: Michelle Groskopf

Tokia technologija ne tik galėtų būti naudojama jutikliams siųsti į kitą žvaigždžių sistemą; jis galėtų išsiųsti didesnius laivus į kaimynines Žemės planetas ir mėnulius. Įsivaizduokite paketą į Marsą per kelias dienas arba komandinę misiją į Marsą per mėnesį. Starshot efektyviai sutraukia Saulės sistemą ir galiausiai galaktiką.

Tai fantastiška. Ir taip pat svajonė. Arba pardavimo aikštelė. Arba ilgalaikis, tolimas projektas, kuris negali būti tęsiamas pakankamai ilgai, kad būtų sukurtos neegzistuojančios technologijos.

Lubinas yra jaunas 66 metų. Jis vaikšto greitai, o jo stori plaukai ir pilna barzda tamsi. Kai šį balandį nuvykau susitikti su juo Santa Barbaroje, jis man pasakė, kad buvo rimtas vaikas, sutrikęs pasaulio realijų. Jis ieškojo paguodos matematikoje ir moksluose, nes jam atrodė, kad jie yra gražūs. Man patiko mokykla, paaiškina jis. Aš visą laiką mokiausi. Man tai buvo tarsi atsitraukimas: važiuok dviračiu į biblioteką ir ryk knygas.

Nepaisant to, jis nesitikėjo, kad eis akademiniu keliu – atrodė, kad tai neįmanoma. Jo šeima vertino išsilavinimą, tačiau tėvas lietuvis, dirbęs pašto vežėju, net nebaigė vidurinės mokyklos. Jo rusų kilmės motina buvo sekretorė. Aš užaugau suvokdamas, kad koledžas buvo skirtas kitiems žmonėms, sako jis. Vis dėlto, paskatintas mokyklos konsultanto Los Andžele, jis įstojo į bendruomenės koledžą; ten buvę mokytojai paskatino jį pereiti į UC Berkeley. Ir ten jo profesoriai paskatino jį pateikti prašymą studijuoti aukštojoje mokykloje. Galiausiai jis nusileido Harvarde. Kai atsigręžiu į tai, jis sako, kad buvau visiškas niekšas.

Šiandien Lubinas yra kosmologas. Didžiąją savo karjeros dalį jis kūrė įrangą, skirtą visatos foninei spinduliuotei matuoti, tačiau jo moksliniai ir techniniai interesai yra įvairūs. Būtent gynybos technologijų konferencijoje, kalbėdamas apie lazerių naudojimą Žemei apsaugoti nuo asteroidų ir kometų, jis pirmą kartą sugalvojo „Starshot“.

Michelle Groskopf

Jis taip pat man pasakoja apie kitą maniją: varymą. Dauguma raketų šiandien varomos skystuoju kuru, panašiai kaip tada, kai Vokietija Antrojo pasaulinio karo metu išrado V2. Palyginimui, pastarieji 75 metai kompiuterijos srityje padidino greitį trilijoną kartų. Argi nebūtų puiku, jei varomoji jėga galėtų taip vystytis? sako Lubinas. SLS – itin sunki NASA raketa, kuri jau kainavo 12 milijardų dolerių ir vis dar neparengta – galėtų kainuoti mažiau nei centą.

Lubino laboratorijose UC Santa Barbara yra netvarkingas sandėlis, būdingas eksperimentinės fizikos sąrankoms: milžiniškos optinio pluošto ritės, osciloskopų stovai, įrankių dėžės, grandinių plokštės. Viena spintelė tirpikliams, kita užkandžiams.

Kai einame po laboratorijas, jis greitai pripažįsta, kad Starshot vis dar susiduria su daugybe iššūkių. Pavyzdžiui, dar nėra pakankamai galingo lazerio, kad būtų galima atlikti tokį sprogdinimą. Nėra lengvų burių, kurios galėtų atlaikyti tokį spindulį ir nebūtų ištrintos. Nėra mažesnio nei gramo dydžio erdvėlaivių kelionei, o klausimų dėl lazerio tiekimo ir lazerio vietos lieka. Ir tada yra etinės ir geopolitinės tokio galingo nukreiptos energijos šaltinio sukūrimo pasekmės. Juk tai gali būti ir ginklas.

Prie lentos podoktorantas Peteris Kroganas pradeda mane paaiškinti šių problemų sprendimais. Pirmiausia: sukurkite lazerio matricą.

Michelle Groskopf

Iššūkis čia yra išsiaiškinti, kaip nustatyti milijardų lazerių, kurių kiekvienas yra 10 centimetrų skersmens, dažnį ir juos stabilizuoti, kad juos būtų galima sujungti į vieną didelį spindulį. Sujungus daugiau spindulių, lazerio stiprumas gali būti padidintas iki siūlomo lygio. Dabartinis komandos darbo planas skirtas masyvei, esančiam ant žemės, dėl kurio išlaidos yra mažesnės nei tuo atveju, jei jis būtų pastatytas orbitoje, tačiau sukelia kitų komplikacijų, pavyzdžiui, atmosferos trukdžių įveikimą. Tam reikia prie erdvėlaivio pritvirtinto švyturio, kuris siunčia signalą atgal per atmosferą, leisdamas antžeminiams lazeriams užfiksuoti savo taikinį. Siekdamas susieti masyvą, Krogan dirba su įdėtuoju fazių užraktu, kai mažesnis masyvas sinchronizuojasi prieš sėjant kitą masyvo sluoksnį ir pan. Jei tai gali būti naudinga dviem lazerių sluoksniams – jų tiesioginis tyrimo tikslas –, tai gali būti tiesiog įmanoma tai padaryti su penkiais sluoksniais, kurie, modeliavimo duomenimis, geriausiai tinka 100 gigavatų spinduliui.

Antras didelis iššūkis – saulės burė. Nors ši koncepcija gyvuoja dešimtmečius, ji buvo sėkmingai pritaikyta tik 2010 m., kai Japonijos erdvėlaivis Ikaros išbandė 14 metrų (46 pėdų) kvadrato burę savo misijos aplink saulę metu. Tačiau burė, kuri gali atlaikyti švelnų saulės fotonų spaudimą, smarkiai skiriasi nuo tos, kuri gali atlaikyti galingiausią kada nors sukurtą lazerį – skirtumas tarp leidimo balandžio rūkui pataikyti į veidą ir sumušimo ugnies žarna.

Norint tai valdyti, Starshot burė turi būti itin tvirta, tačiau ji taip pat turi būti itin lengva. Svarbiausia, aiškina Krogan, yra leisti daliai tos galios nutekėti: burės medžiaga turi būti skaidri ir atspindinti vienu metu. Stiklas yra vienas iš perspektyviausių kandidatų, nors jo savybes reikėtų pakoreguoti, kad būtų pasiektas tobulas atspindžio ir skaidrumo derinys. Idealią medžiagą vis dar reikia išrasti, tačiau yra keletas daug žadančių pažangų, sako Krogan.

Prashantas Srinivasanas yra vienas iš tų, kurie dirba su lazeriu varomu plokšteliniu erdvėlaiviu, kuris, kaip tikisi, per vieną kartą galėtų pasiekti Alpha Centauri. Michelle Groskopf

Trečias pagrindinis iššūkis yra mažo erdvėlaivio kūrimas. Mažiausi šiuo metu aplink Žemę skriejantys objektai yra kubatai, kurių kiekvienoje pusėje yra 10 centimetrų ir kurių svoris apie kilogramą. Lubino komanda nori sumažinti visą amatą iki mikroschemos dydžio – tai jie vadina plokšteliniu masteliu. Jie sumažino prototipus iki degtukų knygelės ir net ketvirčio dydžio. Tačiau šiuo metu geriausi jų modeliai sveria apie 100 gramų, vis dar 100 kartų per sunkūs Alpha Centauri misijai. Kliūtys apima elektronikos ir fotonikos integravimą, kad jis galėtų atlaikyti spinduliuotę gilioje erdvėje, energijos tiekimo mažinimas, itin mažo laive esančio privairavimo mechanizmo kūrimas... Sąrašas tęsiasi.

Tačiau nors techniniai iššūkiai yra tikri, pagrindinis Starshot ir daugelio kitų tarpžvaigždinių projektų skirtumas yra tas, kad jam nereikia naujos fizikos ar net iš esmės naujų technologijų. Kai Lubinas plėtojo idėją, jis išsiuntė informaciją kolegoms, kad jie pateiktų atsiliepimų. Jie buvo žmonės, kurie suplėšydavo jį į gabalus, sako jis. Žmonės, kurie nepaima į nelaisvę, nepasigaili ir jaučiasi visiškai patogūs sakydami: „Idiote!“... Aš pasakiau: „Prašau sunaikinti tai, nes aš pavargau nuo to dirbti.“ Galiausiai visi, su kuriais kalbėjausi, pasakė. , „Na, tai turėtų veikti“.

Kol „Breakthrough“ techniniai ekspertai patikrino koncepciją, kontūrai buvo tvirti. Wordenas buvo susijaudinęs. Mes visi buvome įsitikinę, kad tai buvo pirmoji tikrai patikima tarpžvaigždinė technologija, kurią galime padaryti per savo gyvenimą ir kuri būtų įperkama, sako jis.

Ir net jei ne visos problemos bus išspręstos, kai kurias iš jų verta išspręsti, sako jis. Pavyzdžiui, sukurti visiškai pajėgų erdvėlaivį, sveriantį mažiau nei gramą, būtų didelė revoliucija. Daugelis „Cubesats“ buvo atleisti iš darbo, kol vos prieš keletą metų; dabar yra jų žvaigždynai. Jis sako, kad mikroschemos greitai subręs ir sukels revoliuciją moksle ir komunikacijose. Nebrangios, veiksmingos lazerinės matricos gali būti naudingos atliekant tokius darbus kaip išstumiant kosmoso šiukšles. O lengvųjų burių pažanga leistų mikroskopiniams erdvėlaiviams mūsų pačių saulės sistemoje pasiekti kitas planetas per mėnesius, o ne metus. Tai pakeis mūsų supratimą apie mūsų saulės sistemos objektus ir gyvybės paieškas, sako Wordenas. Ir komerciniu požiūriu tai bus labai vertinga ieškant kosminių išteklių.

Tačiau yra viena problema, kurios negali išspręsti technologijos: geopolitika. Lazeriai padėtų varyti saulės bures, sako Joan Johnson-Freese, JAV karinio jūrų laivyno karo koledžo nacionalinio saugumo reikalų profesorė, taip pat dirbanti „Breakthrough“ valdyboje. Bet kai pradedi kalbėti apie lazerių šaudymą, žmonės labai nervinasi.

Ji teigia, kad tarptautiniai susitarimai greičiausiai užtikrintų plačiausią ir naudingiausią tokio galingo lazerio panaudojimą. O karinis kosmoso potencialas nėra naujas: šiandien viskas, ką Kinija daro kosmose, laikoma dvejopo naudojimo. Tas pats pasakytina ir apie JAV, sako ji. Kinija viską, ką darome, gali interpretuoti kaip grėsmingą.

Vienas iš būdų į priekį galėtų būti tyrinėjimo demokratizavimas. Istoriškai JAV ir kitos supervalstybės dominavo kosmose, tačiau Starshot galėtų ją atverti šalims, kurios neturi prieigos. Valstybė, paleidusi mikroschemų parką, galėjo turėti prieigą prie ryšių, tyrinėjimo ir komercinės žvalgybos, kurios anksčiau buvo neįperkamos. Tai retas projektas, turintis tokių didelių technologinių, mokslinių, komercinių ir geopolitinių padarinių.

Michelle Groskopf

Tai reikalauja kruopštaus mąstymo, taip pat skaidrumo ir galbūt tarptautinio bendradarbiavimo ir pokalbių ilgainiui, sako Lubinas. Laimei, mes turime šiek tiek laiko, nes artimiausiu metu nevykdysime.

Taigi kada „Starshot“ bus realizuotas? Vienas iš tikslų yra iki 2061 m., Jurijaus Gagarino novatoriškojo orbitinio skrydžio 100-ųjų metinių, nugabenti zondus į Alfa Kentaurį. Tai toli, beveik neabejotinai po Lubino gyvenimo. Jis sako, kad projektas turės galimybę tik tada, kai žmonės supras, kad jis yra pagrįstas svarbiu etapu, kelione su daugybe taškų.

Tačiau toks ilgas horizontas reiškia, kad tam reikės pinigų. NASA įnašai baigėsi šiais metais. Kiti pinigai atkeliavo iš anoniminio filantropo. Ir kol kas „Breakthrough“ finansavimas dar nepasiektas.

Esame nauja organizacija ir vis dar esame paleidimo etape, sako Wordenas, pažadėdamas, kad pinigai bus gauti, kai bus baigtos derybos tarp universitetų, rangovų ir reguliavimo institucijų.

Tai galvosūkis, bet Lubinas nebijo nedidelio sudėtingumo. Būtent apie tai ir yra visos šios pastangos. Tai ne tik vienkartinė technologija, sako jis. Tai ne tik vafliai į žvaigždes. Tai kubai į Europą arba žmonės greitai į Marsą, arba galimybė išlaikyti erdvėlaivį ilgiau orbitoje mažame aukštyje arba apsaugoti planetą nuo išorinių grėsmių, tokių kaip asteroidai. Jei nesuprantate visos šios technologijos platumo, jums trūksta transformacijos, kurią ji suteikia, grožio.

Kate Greene yra eseistė, poetė ir buvusi lazerių fizikė.

paslėpti