Прорив Starshot на шляху до Proxima Centaur For Science
Проект Breakthrough Starshot, який фінансує російський підприємець Юрій Мілнер та благословив Стівен Хокінг, має на меті відправити зонд до найближчої зоряної системи, де щойно була відкрита планета, лише за одне покоління.
- Google +
- Друкувати
Альфа Кентавр, найближча до Сонця зоряна система, є метою проекту «Прорив Зірки», який спрямований на те, щоб направити туди нанозонди з лазерним живленням.
Для Юрія Мілнера, російського підприємця та мільярдера-мецената, який фінансує найбагатші наукові премії та пошуки позаземного життя, небо не є межею - і Сонячна система не є такою. За підтримки фізика Стівена Хокінга та інших потужних спонсорів, на початку 2016 року Юрій Мілнер оголосив про свою найамбітнішу інвестицію на сьогодні: 100 мільйонів доларів на науково-дослідну програму для відправки роботизованих зондів до найпотужнішої у світі зіркової системи.
"Історія людства - це один із стрибків уперед", - сказав російський мільярдер незабаром після оголошення про свої інвестиції. “55 років тому Юрій Гагарін став першою людиною, яка вийшла в космос. Сьогодні ми готуємось до наступного великого стрибка - до зірок ".
Програма "Breakthrough Starshot", яку фінансує Юрій Мілнер, має на меті поєднати всі компоненти роботизованого зонда - камери, детектори, маневрені рушії та комунікаційне обладнання - у "нанозонд" порядку декількох грамів. Це було б досить мало, щоб його можна було розігнати до дуже високих швидкостей за допомогою технологій, що також розробляються: мережа наземних лазерів розміром в кілометр, здатна випускати імпульси потужністю 100 гігават протягом декількох хвилин через атмосферу; імпульси, які б вражали "сонячні вітрила" товщиною в кілька атомів і шириною в кілька метрів і рухали їх до зірок. Кожен фотон в лазерному імпульсі буде доставляти невелику кількість руху до вітрила та його навантаження, але в умовах вакууму та невагомості простору потік фотонів, випущений гігаватним лазером, приведе нанозонд з релятивістською швидкістю. "Без нових методів рушія ми просто не можемо далеко зайти", - сказав Стівен Хокінг під час оголошення. «Світло - найдоступніша технологія. "
Випущений тисячами з материнського корабля, що обертається навколо Землі, кожен нанозонд розгорне свій вітрил і скористається перевагами лазерного імпульсу, щоб прискорити до 20% швидкості світла - приблизно 60 000 кілометрів на секунду. Використовуючи складну адаптивну оптичну систему (дзеркала, які деформуються в реальному часі), щоб підтримувати консистенцію та точність кожного імпульсу, незважаючи на атмосферну турбулентність, кожен імпульс мав би енергію, еквівалентну енергії ракети при підйомі. Таким чином, лазерна решітка могла рухати нанозонд на день.
Цю мережу потрібно було б побудувати на великій висоті, в посушливих умовах та в Південній півкулі - можливо, на вершині гори в Чилі, Південній Африці або навіть Антарктиді - десь, де ми можемо безпосередньо побачити ціль Прориву Зоряного пострілу проект: подвійна зірка Альфа Центавра, яка за 4,37 світлових років від нас, утворює з Проксимою Центавра найближчу до нас зоряну систему. NASA вже направило п’ять зондів на траєкторії, що виводять їх за межі Сонячної системи, але навіть найшвидшому з них знадобиться більше 30 000 років, щоб дістатися до Альфа Центавра. Нанозонди з проекту Breakthrough Starshot здійснять ту саму міжзоряну подорож лише за 20 років. Позбавлені гальмової системи, вони коротко збирали інформацію про будь-які планети в системі Альфа Центавра, яку вона надсилала б нам перед тим, як зануритися глибше в темряву міжзоряного простору, поза досяжністю всіх комунікацій.
Для Юрія Мільнера, "якщо ця місія здійсниться, вона навчить нас стільки про себе, скільки про Альфу Центавра". Прорив «Зоряний прорив» - це найновіша концепція ініціатив «Прорив», колекція мультидисциплінарних проектів, які мобілізують приватні кошти для спроб відповісти на питання про життя у Всесвіті. У 2015 році Юрій Мілнер, як і раніше зі Стівеном Хокінгом, оголосив прорив "Прорив слухання" - проект на 100 мільйонів доларів, розрахований на 10 років, який складається з прослуховування більше мільйона зірок і ста галактик в спробі виявити сигнали потенційної позаземної цивілізації. Він також оголосив про проект "Проривне повідомлення" на суму 1 мільйон доларів, метою якого є складання бюлетенів для відправлення в космос для будь-якої уважної позаземної цивілізації. Як і Breakthrough Starshot, що представляє найбільшу суму грошей, коли-небудь присвячену виключно на дослідження міжзоряних подорожей, ці інші ініціативи представляють поворотний момент у фінансуванні цих галузей досліджень, які через свою особливо спекулятивну природу давно вегетували. глибини державного фінансування науки.
Великі проекти, маленькі зонди
Серйозні плани щодо цього проекту розпочались приблизно рік тому, коли Юрій Мілнер проконсультувався з експертами, які насправді обдумували варіанти, як зробити можливим міжзоряну подорож. Один з них, Аві Леб, астрофізик Гарвардського університету, новий голова консультативної ради «Прорив Зірки», вже запропонував кілька дивовижних ідей для дослідження життя інопланетян.
Аві Льоб та його колеги-консультанти зазначили, що ми вже здатні прискорювати субатомні частинки майже до швидкості світла щодня і що чим менше зонд, тим швидше він зможе рухатися. "Якщо ви видалите оболонку та інтерфейс iPhone, його електроніка, включаючи камеру та комунікаційні пристрої, важить лише кілька грамів", - говорить Аві Лоб. “Це майже все, що вам потрібно для нанозонда, і ми на шляху до його отримання завдяки мініатюризації електроніки. "
Розглянувши, а потім відкинувши такі екзотичні варіанти, як ракети, що рухаються в результаті знищення антиматерії або ядерного синтезу, консультанти звернули свою увагу на сонячні вітрила, що працюють на лазері, концепція, яка вперше з’явилася в 1960 р. Вони зосередилися на нещодавній роботі Філіпа Любіна, фізик з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі, який щойно придумав "дорожню карту" для розробки крихітних міжзоряних зондів, що працюють на лазері, в рамках дослідження, скромно фінансуваного НАСА. Після деяких модифікацій ці кадри послужили зразком для Breakthrough Starshot, а Філіп Любін тепер є ключовим учасником проекту.
"До проблеми міжзоряних подорожей можна підходити двома шляхами", - пояснює Любін. Антиматерія або ракети ядерного синтезу є частиною "реального" підходу. Відомі фізичні закони вказують на те, що це реальні рішення, хоча ми ще не знаємо, як їх застосувати на практиці. Рух у просторі-часі чи червоточині є частиною більш «вигадливого» підходу - того, що я назвав би фіктивними рішеннями, оскільки ніхто не знає, як їх досягти. "Концепція лазерної рушії, за його словами, є цілком реальним підходом, оскільки вона є" реалістичною і досяжною ".
У дорожній карті Філіба Любіна викладено багато перешкод, які доведеться подолати міжзоряній місії, що працює на лазері, наприклад, синхронізація безлічі маленьких лазерів у масив розміром в милю та побудова легкого і тонкого крила, як павутина, але здатного витримати лазерні імпульси порядку декількох гігават. Іншою проблемою буде переконання політиків дозволити побудову такої лазерної системи, яка, в принципі, може бути використана як зброя. Зонди повинні будуть передавати свої спостереження на Землю за допомогою бортових лазерів з енергією лише кілька ват - проблема, яка потенційно розв'язується за допомогою використання лазерної решітки Землі як приймача. Але найбільша перешкода - це просто питання ціни: за орієнтовною вартістю близько 10 доларів за ват, на створення лазерної решітки Breaktrough Starshot у 100 гігават буде коштувати 1 трильйон доларів.
Але як би це не здавалося високим, пам’ятайте, що ринкові ціни 10 років тому зробили б проект у 100 разів дорожчим. За словами Філіпа Любіна, завдяки великому попиту на телекомунікаційні системи та оборонні проекти, вартість технологій, необхідних для гігантської лазерної решітки, зменшується вдвічі кожні 18 місяців. Це експоненціальне падіння витрат свідчить про те, що протягом 10 років ціна лазерів може впасти з 10 доларів за вату до лише 10 центів. "Проект" Прорив Starshot "в основному полягає у вдосконаленні та розвитку набагато масштабніших критичних технологій, розгляді того, що дозволяє або запобігає цій зміні масштабу", пояснює фізик. «Якщо ціни не зміняться протягом наступних 30 років, ми матимемо великі проблеми для завершення цього проекту. "
На думку Аві Льоба, існує ще одна, більш тонка перешкода соціального явища: "фактор глузування", який полягає у схильності людей сміятися з авангардистських концепцій. "Будь-яка наукова або технічна революція проходить першу фазу, під час якої над нею глузують", - пояснює Аві Льоб. “Іноді знущання надходять з вагомої критики, але іноді вони існують лише тому, що проект інший і може здатися дивним ... Безперечно, більшість наукового співтовариства, що працює над предметами, з яких ми не повинні сміятися, - теми з нульовий коефіцієнт глузування - самі роблять велику помилку, сміючись. "Ми серйозно", - продовжує Аві Леб. Ми з’ясуємо, чи можливий цей проект чи ні, а якщо ні, то визнаємо і рухаємось далі. "
Мрія Кентавра
Після модифікованої дорожньої карти Філіба Любіна велика частина 100 мільйонів доларів Юрія Мільнера буде використана для фінансування розробки рішень щодо близько 20 основних виявлених технічних перешкод. Потім ці рішення можуть породити прототип, який, можливо, можна побудувати на кілька сотень мільйонів доларів більше. Оскільки ціни на електронні та фотонні технології продовжують падати, а їх продуктивність продовжує зростати, складання повністю функціонуючої системи потребуватиме фінансування в тому ж масштабі, що і Великий адронний колайдер або космічний телескоп Джеймса. мільярдів доларів - яких Юрій Мілнер не міг забезпечити самостійно. Тоді могли брати участь уряди або колективи мільярдерів-благодійників. Разом з Юрієм Мілнером та Стівеном Хокінгом, третім членом ради директорів компанії Breakthrough Starshot є Марк Цукерберг, засновник та президент Facebook.
"Це слід розглядати як колективне зусилля, тому що лише так ми доберемося", - сказав Юрій Мілнер. "Було б дуже захоплююче, якби ми змогли досягти цього у своєму житті, як ми сподіваємось, але якщо ні, то ми передамо цей проект наступному поколінню - не просто як ідею, а як листок дороги та розвинених технологій. До досягнення цього нам не залишилося сотні років, лише кілька десятиліть. Ці 100 мільйонів доларів мають служити протягом наступних кількох років, щоб ми могли зосередитися на кожній виділеній нами перешкоді та побачити, наскільки далеко ми можемо просунути межу. "
Окрім відсутності обладнання та фінансування, одним із головних побоювань авторів проекту було те, що в той час ще жодна планета не спостерігалася в системі Альфа Центавра. На щастя, щойно була виявлена екзопланета, яка обертається навколо Проксими Центавра, найближчої зірки серед трьох зірок потрійної системи Альфа Центавра. І навіть якщо, за словами Піта Вордена, колишнього директора дослідницького центру NASA Ames і директора проекту Breakthrough Starshot, нанозонди з лазерним живленням також можуть бути використані в довгостроковій перспективі для дослідження інших зоряних систем.
Окрім того, щоб міжзоряні подорожі стали реальністю, Breakthrough Starshot може мати і більше прямих додатків для нас, говорить Пітер Ворден. Лазерна решітка може бути використана для виявлення та характеристики потенційно небезпечних астероїдів на Землі, а її деформована дзеркальна решітка може служити гігантським телескопом для підбору зоряного світла, а не фокусування лазерів. Лазери також можуть рухати зонди до планет у нашій власній Сонячній системі і відправляти повідомлення на Марс за кілька годин або в Плутон за кілька днів за кілька сотень тисяч доларів за постріл.
"Як тільки ми запустимо ці зонди і отримаємо зображення планети, яка обертається навколо іншої зірки, це змусить нас визначити людство в цілому і прокласти шлях до нашого спільного майбутнього", - вважає Піт Ворден. "Це проект, який у разі успіху призведе до переосмислення нашого існування як виду, а також як мешканців планети. "
Запуск Breakthrough Starshot вже дозволяє засновникам Breakthrough Initiatives переглянути свої інші проекти, такі як Breakthrough Listen. Якщо ми шукаємо потенційно придатні для життя планети в інших зоряних системах і використовуємо лазери для відправлення флотилій мініатюризованих зондів для їх дослідження, у нас немає підстав думати, що це робимо лише ми. Самі зонди були б невидимими: міжзоряний посудину вагою в кілька грамів, що проникає у верхні шари Землі зі швидкістю 20% від швидкості світла, випустив би енергію ледь кілотон, що не відрізняється від енергії небагатьох метеоритів порядку одного метра які проникають в нашу атмосферу щороку. Один з лазерів, що живить такий зонд, можна було б виявити, якби він опинився в одному з наших найкращих телескопів. Велика частина зусиль проекту «Прорив прослуховування» полягає у пошуку радіосигналів позаземних комунікацій, але проект також розглядає будь-які потенційні світлові сигнали з міжзоряного простору.
На конференції, що анонсувала проект, Стівен Хокінг пояснив, що підтримує проект менше для наукового прогресу, ніж для виживання. "Земля - це чудове місце, але це може тривати не вічно", - пояснює він. «Рано чи пізно нам доведеться дивитись на зірки. Прорив Starshot - це перспективний перший крок на цьому шляху. "
Аві Льоб погоджується: “Колись нам доведеться знайти альтернативу життю на Землі, і як будь-яка велика подорож, ця повинна починатися з маленького першого кроку - ти не можеш, просто здавайся. Згадайте, що сказав Оскар Уайльд: "Ми всі в жолобі, але деякі з нас дивляться на зірки". Коли я дивлюся на зірки вночі, вони виглядають як маленькі вогники на великому кораблі, що подорожує космосом. І кожного разу я задаю собі одне і те ж питання: чи є на цьому кораблі, біля цих маленьких вогників, інші пасажири? Якщо цей проект здійсниться, ми зможемо відвідати їх і дізнатися правду.