Durchbruch Starshot

Durchbruch Starshot Beschreibung dieses Bildes, auch unten kommentiert Raumsonde mit Sonnensegel (Künstleransicht). Die Sonden des Projekts Breakthrough Starshot haben die Größe einer Briefmarke und die Segelgröße beträgt ca. 2 mx 2 m (4  m 2 ).

Allgemeine Daten
Programm Durchbruchinitiativen
Feld Erkundung
Anzahl der Kopien Tausende
Status In der Studie
Übersicht über Alpha Centauri
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Technische Eigenschaften
Messe beim Start 1 Gramm
Antrieb Laserantrieb

Das Anfang 2016 gestartete Projekt Breakthrough Starshot zielt darauf ab, Tausende von Raumsonden von etwa 1 Gramm, die mit Sonnensegeln ausgestattet sind , an Alpha Centauri zu senden , das dem Sonnensystem am nächsten gelegene Sternensystem . Das geringe Gewicht dieser Sonden in Kombination mit der Leistung des terrestrischen Lasers , mit dem sie auf bis zu 100 Gigawatt angetrieben werden (was dem in Frankreich am 8. Februar 2012 um 19 Uhr gemessenen Spitzenwert des Stromverbrauchs entspricht ), würde dies ermöglichen Erreichen Sie 20% der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und können Sie so Bilder der potenziellen Exoplaneten von Alpha Centauri, insbesondere von Proxima Centauri b , in 40 bis 50 Jahren zurückgeben.

Dieses Projekt versucht daher, die durch herkömmliche Antriebsmethoden ( chemischer oder nuklearer Antrieb ) auferlegte Zeitbeschränkung zu umgehen, die die Erforschung benachbarter Sterne einschränkt, da die Dauer der Reise mindestens mehrere hundert Jahre betragen würde. Das Projekt ist Teil des Breakthrough Initiatives- Programms, das auch ein Programm namens Breakthrough Listen umfasst , um nach Radio- oder Laseremissionen von nahegelegenen Sternen zu suchen, die die Manifestation außerirdischer Zivilisationen sind. Vorläufige Studien zu Breakthrough Starshot werden von Yuri Milner mit Unterstützung mehrerer renommierter Wissenschaftler, darunter Stephen Hawking und Freeman Dyson, in Höhe von 100 Millionen US-Dollar finanziert . Es wird von Pete Worden geleitet.

Organisation

Das Programm wird von Yuri Milner , Mark Zuckerberg und ehemals Stephen Hawking geleitet . Der Lenkungsausschuss besteht aus 24 renommierten Wissenschaftlern unter der Leitung von Pete Worden, ehemaliger Direktor des Ames Research Center der NASA .

Technische Eigenschaften

Das Projekt umfasst zwei Unterbaugruppen: den Lasersender und die miniaturisierten Raumsonden.

Miniaturisierte Raumsonden

Raumsonden haben eine Masse in der Größenordnung von einem Gramm und sind mit einem Sonnensegel von etwa 4  m 2 (2  m x 2  m ) ausgestattet, das ebenfalls etwa 1 Gramm wiegt. Diese Raumsonden werden sehr zahlreich sein (in der Größenordnung von tausend oder sogar vielen mehr). Alle diese Raumsonden werden einerseits mit identischer Ausrüstung (Kommunikation über einen integrierten Laser, Energiespeicher, möglicherweise Segelsteuerung  usw. ) und andererseits mit spezifischer Ausrüstung (abhängig von den Sonden: Kamera, Funkdetektor, ausgestattet) ausgestattet. Molekülanalysator  usw. ), damit sie eine Mission erfüllen können. Jede Sonde ist nicht eindeutig, so dass der Verlust einiger fehlerhafter Kopien kein Problem darstellt.

Diese Sonden würden zu Tausenden von einem Mutterschiff in eine hohe Umlaufbahn gebracht. Sie würden dann sofort durch den Laserstrahl beschleunigt.

Der Lasersender

Der Zweck des Lasersenders ist es, das Sonnensegel zu beleuchten und die Raumsonde dank des Strahlungsdrucks zu beschleunigen . Die Leistung des Lasers liegt in der Größenordnung von 100  GW . Der Laserstrahl wird tatsächlich durch Kombinieren mehrerer Laser mit geringerer Leistung erzeugt. Der Laserpuls dauert ungefähr 10 Minuten, liefert 1  TJ an das Segel und ermöglicht es der Raumsonde, mit einer Beschleunigung von mehr als 10.000  g ihre Reisegeschwindigkeit (0,2 c ) zu erreichen.

Technische Schwierigkeiten

Es wurden ungefähr 30 technische Schwierigkeiten identifiziert (sowie die Art und Weise, wie sie gelöst werden können):

Manövrierfähigkeit der Sonde Von den Laserdioden zur Korrektur der Richtung der Sondenbewegung. 4 Dioden von wenigen Watt werden verwendet, um das Schiff zu steuern (so weit wie möglich). Kamera und Fokus Der fotografische Detektor besteht aus 4 plenoptischen Detektoren , die es ermöglichen, in alle Richtungen zu sehen. Prozessoren Das Mooresche Gesetz erlaubt es, Lösungen in Betracht zu ziehen, da sich die Rechenkapazität alle 18 Monate im Vergleich zur Masse der Prozessoren verdoppelt. Schlagzeug 150  mg werden sowohl der Radioisotop-Energiequelle als auch dem Superkondensator zugewiesen, um diese Energie zu speichern. Darüber hinaus würde das Sonnensegel es ermöglichen, einen kleinen Teil der 6 mW / cm 2, die mit Stößen interstellarer Partikel auf das Segel verbunden sind, oder etwa 24  W für die Oberfläche des Segels wiederzugewinnen . Die Verwendung eines Photovoltaiksegels ähnlich dem der IKAROS- Mission oder von Sonnenkollektoren auf der Sonde würde es ermöglichen, genügend Energie zurückzugewinnen, wenn wir uns dem Stern nähern. Energiequelle Die Energiequelle wird wahrscheinlich eine Radioisotopquelle sein, die den derzeit produzierten ähnlich ist. Die Energie wird sowieso mit all der Sparsamkeit verbraucht, die eine solche Mission erfordern könnte. Lichtstrombeständigkeit Das Segel wird mit einer hochreflektierenden Zusammensetzung beschichtet (die es auch ermöglicht, den Schub zu erhöhen), so dass nur ein kleiner Teil der für das Sonnensegel geplanten 6 GW / m 2 absorbiert werden kann (der geplante Reduktionskoeffizient beträgt ungefähr) 1 Milliarde oder schließlich 6  W absorbiert). Das verwendete Material muss über ein Spektralband unter Berücksichtigung des Doppler-Effekts eine sehr geringe Absorption aufweisen . Struktur des Sonnensegels Diese Struktur muss ultraleicht sein, gegen interstellare Partikel resistent sein und möglicherweise das Segel modifizieren können, um das Schiff zu steuern. Die Stabilität der Sonde während der Beschleunigung Die Eigenschaften des Flügels müssen vollkommen homogen sein, um die Flugbahn der Sonde während ihrer Beschleunigung zu steuern und im Laserstrahl zu bleiben. Prozesse existieren, es bleibt, sie auf das Sonnensegel anzuwenden. Kosten der Bodenlaserstation Die Kosten für Laser sinken kontinuierlich exponentiell. Die Kosten für die Bodenstation sollten mittelfristig in akzeptablen Grenzen bleiben können. Die Laserquelle sollte zwischen 200  m 2 und 1  km 2 groß sein . Fokus Ziel ist es, den Strahl während der 2 Millionen Kilometer, die die Sonde während ihrer Beschleunigung zurücklegt, auf die 16 m 2 Segel der Mikrosonden zu fokussieren  . Derzeit ist es möglich, Laserstrahlen auf einen Winkel in der Größenordnung des Nanoradians zu fokussieren. Es scheint möglich zu sein, mit interferometrischen Methoden (derzeit mit dem Event Horizon Telescope für Wellenlängen in der Größenordnung von einem Millimeter) die nanoradische Skala zu unterschreiten . Das Ziel ist ein Laserstrahl mit mikrometrischer Wellenlänge. Alle Sender werden phasengleich synchronisiert, um die Beugung zu begrenzen. Erdatmosphäre Die Erdatmosphäre ist in zweierlei Hinsicht ein Ärgernis für Lasersender. Es absorbiert teilweise die übertragene Energie und benötigt eine optimierte Wellenlänge und einen Leistungsüberschuss, um diese Verluste auszugleichen. Die vorgesehene Laserquelle würde in der Größenordnung der Mikrowelle liegen. Der zweite Punkt ist auf atmosphärische Turbulenzen zurückzuführen, die die Genauigkeit des Signals verschlechtern. Um diese Turbulenzen zu reduzieren, muss der Laser mit adaptiver Optik in der Höhe positioniert werden . Energiequelle Befindet sich der Laser in der Höhe, befindet er sich a priori an einem isolierten Ort. Es wird daher notwendig sein, vor Ort ein Elektrizitätswerk mit einer Leistung in der Größenordnung von hundert Kilowatt zu bauen, das mit Sicherheit mit Gas betrieben wird, und es an ein System von Akkumulatoren (Batterien, Superkondensatoren, mechanische Schwungräder usw.) zu koppeln. ). Kühlung des Lasersenders Die Größe des Systems am Boden ermöglicht eine aktive Kühlung, wobei letztere jedoch die für die Dimensionierung des Kraftwerks erforderliche Energie verbraucht. Wenn der Laser einen geschätzten Wirkungsgrad von 50% hat, muss eine Energie in der Größenordnung von hundert GW über zehn Minuten evakuiert werden. Sicherheit im Balken Zusätzliche Systeme (sichtbarer Laser, Schallsignal usw.) ermöglichen es zusätzlich zur Höhe, Verstöße gegen den Raum des Lichtstrahls (100-mal heller als unsere Sonne) zu begrenzen. Interstellare Reaktion und Abschirmung Der interstellare Staub und die kosmische Strahlung beeinträchtigen die Integrität des Sonnensegels und des Schiffes. Das Zusammenklappen des Segels könnte eine Lösung sein. Der Abschnitt des Schiffes in Bewegungsrichtung sollte so klein wie möglich sein. Ein Schutzschild aus Graphit (oder Berylliumbronze ) vor der Sonde könnte zum Schutz verwendet werden. Missverständnis von Alpha Centauri Die Unkenntnis des Sternensystems der Ankunft ist Teil des Missionsobjekts, das uns insbesondere mehr über dieses System bringen wird. Empfangen des Signals von der Erde Es wird möglich sein, den Lasersender in ein Radioteleskop umzukonfigurieren, um die Signale von den Mikrosonden zu isolieren und dann zu interpretieren. Der Vorteil eines Laseremitters besteht darin, dass Photonen auf einer reinen Frequenz emittiert werden. Es wird daher (unter Berücksichtigung der Verschiebung nach Rot ) möglich sein, das Signal des extrem intensiven Halos zu filtern, der vom binären Alpha- System des Zentauren erzeugt wird . Berechnungen zufolge könnten 20.000 Photonen pro Sekunde von dem als Laserquelle dienenden Teleskop auf der Oberfläche km² empfangen werden, was einem Signal-Rausch-Verhältnis von 10 bis 7 entspricht (was möglicherweise ausgenutzt werden kann).

Alternative

Die Geschwindigkeit der Breakthrough Starshot- Projektsonden ist zu hoch, um eine Umlaufbahn im Proxima-System des Zentauren zu ermöglichen. Eine Alternative, die vorgeschlagen wird, um Proxima zu erreichen, besteht darin, die Geschwindigkeit der Sonden zu verringern, um eine ausreichende Verzögerung durch den Strahlungsdruck und die Gravitationsunterstützung des Alpha Centauri-Systems für eine Umlaufbahn zu ermöglichen. Die Höchstgeschwindigkeit eines 10-Gramm-Schiffs mit einem Segel mit ähnlichen Eigenschaften wie Graphen für eine Umlaufbahn um Proxima Centauri beträgt 0,046 c, was einer längeren Reise entspricht als die von Breakthrough Starshot , 95 Jahre von der Erde nach Alpha Centauri, vorhergesagte Hinzu kommen der Transit von Sonden von Alpha Centauri AB zu Proxima Centauri für mehrere Jahrzehnte und die Modifikation der anfänglichen Umlaufbahn der Sonden (die stark elliptisch wäre). Eine Umlaufbahn würde jedoch die Rückführung von Proben zur Erde ermöglichen.

Anmerkungen und Referenzen

Anmerkungen

  1. Laut Yuri Milner würde die Entwicklung des Projekts ungefähr zwanzig Jahre dauern, die Ankunft der Sonden im Alpha Centauri-System würde ebenfalls ungefähr 20 Jahre dauern und das Eintreffen der ersten Daten aus dem System würde 4 Jahre dauern, bis sie eintreffen Erde.

Verweise

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Siehe auch

Zum Thema passende Artikel

Externe Links