مشروع Starshot Breakthrough: هل سيطير المسبار من الأرض إلى نظام Alpha Centauri بسرعة 20٪ من الضوء؟

في الخيال العلمي ، كانت سفن الفضاء تتحرك منذ فترة طويلة حول الكون بمساعدة "الثقوب الدودية" ، و hyperdrive والأنظمة والظواهر والأجهزة الأخرى. وفقًا لبعض العلماء ، فإن الثقوب الدودية أو الأقراص المفرطة ليست خرافة على الإطلاق ، ومن الممكن نظريًا إنشاؤها. صحيح ، ليس الآن وليس في المستقبل القريب - ببساطة ليس لدينا المعرفة والتكنولوجيا اللازمة.

حسنًا ، ماذا عن الطيران إلى نجم آخر بسرعة 15-20٪ من الضوء؟ إنه حقيقي للغاية. هذا هو رأي العلماء ، ومعلمي العلوم ، وكذلك مؤلفي مشروع مبادرات الاختراق ، الذين يعملون على مشروع Breakthrough Starshot. الهدف من المشروع هو إنشاء سفن فضائية ذات شراع خفيف قادر على الوصول إلى نظام Alpha Centauriلمدة 20-30 سنة. من أجل الوصول إلى هذا النظام في مثل هذا الوقت ، يجب أن تتحرك سفينة الفضاء بسرعة 15٪ إلى 20٪ من سرعة الضوء.

ما هي الخطة؟

تم الإعلان عن الفكرة الرئيسية للمشروع في 12 أبريل من هذا العام في مؤتمر صحفي في نيويورك. مؤسسا Breakthrough Starshot هما يوري ميلنر وستيفن هوكينج. يشمل مجلس مبادرة المشروع أيضًا مارك زوكربيرج ، رئيس Facebook. وفقا لميلنر ، فإن تكلفة المشروع ليست عالية جدا - 5-10 مليار دولار أمريكي. ويعتقد أن السفينة الأولى يمكن أن تذهب إلى النجم خلال 20 عامًا.

كجزء من Breakthrough Starshot ، من المخطط إطلاق سفينة أساسية ستضع العديد من المركبات الفضائية الصغيرة في المدار. من الأرض ، ستتأثر الأشرعة الشمسية لهذه الأجهزة بحزمة الليزر. الليزر قوي جدًا ، ومن المخطط توجيه العديد من أشعة الليزر بطاقة 1 تيراجول إلى الأشرعة الشمسية بحجم 4 * 4 م (وفقًا لبعض التقارير - 100 جيجا جول).



باستخدام الليزر ، ستستهدف المركبة الفضائية المصغرة نظام Alpha Centauri ، بينما سيسرع الليزر المسابير بالسرعة المطلوبة. عندما (وإذا) تطير أجهزة Earth إلى هناك ، فستتمكن من الحصول على صور للنظام بأكمله. في المجموع ، سيتم إرسال حوالي 1000 سفينة صغيرة مصغرة إلى Alpha Centauri. ستقوم الأجهزة بنقل البيانات إلى الأرض باستخدام نظام ليزر مصغر - سيعمل الشراع الشمسي كهوائي. سيتكون كل مسبار من كاميرا ، شراع شمسي ، نظام نقل بيانات ليزر ، مصدر طاقة بلوتونيوم.

الآن عن المشاكل

يبدو المشروع نفسه واقعيًا تمامًا - ربما يمكنك إطلاق سفن صغيرة. ولتحقيق سرعة 15-20٪ من الضوء ، ربما ممكن أيضًا. لكن هناك مشكلة واحدة. والحقيقة هي أنه في مثل هذه السرعة العالية للمسبار ، لن يكون النيزك أو الغبار مشكلة فحسب ، بل تصبح التصادمات حتى مع الذرات الفردية خطيرة. يحاول العلماء الآن فهم مدى خطورة مثل هذه التصادمات وعدد مرات حدوثها (ليس هناك شك في أنها ستحدث). في الواقع ، هذا هو السبب في أنه من المخطط إرسال 1000 جهاز - وفقًا لمؤلفي المشروع ، سيظل جزء معين من المسابر سليمًا.

المشكلة الرئيسية هي أن الفضاء بين النجوم ليست فارغة. هناك غبار ، وهناك الكثير منه ، هناك ذرات منفصلة ، يوجد منها أكثر. تمثل كل هذه الأشياءخطر حقيقي على المسابر.

الذرات . إن الاصطدام بالذرة في حد ذاته ليس خطيرًا للغاية ، لكن الطاقة المنبعثة أثناء التصادم مشكلة كبيرة بالفعل. عند إطلاق الطاقة ، يسخن الهيكل أو عناصر التحقيق الفردية. ستكون درجة الحرارة عالية جدًا بحيث تتبخر مادة المسبار ببساطة عند نقطة الارتطام. أو فقط تذوب ، مما سيؤدي إلى تغيرات في خصائص المادة.

باستخدام البيانات المعروفة حول تركيز الغاز بين النجوم ، أجرى المؤلفون بعض الحسابات للحصول على معلومات حقيقية أكثر أو أقل حول عواقب مثل هذه التصادمات. كما اتضح ، فإن الهيدروجين والهيليوم الأكثر شيوعًا في الكون ليسا مشكلة كبيرة. ستكون المجسات أسوأ حالًا في التصادمات مع ذرات أثقل لعناصر مثل الأكسجين والمغنيسيوم والحديد.

وفقا للخبراء ، سوف تكون الذرات الثقيلة قادرة على تبخير أو إذابة مادة جسم المسبار في حدود 0.1 ملم. ليس كثيرًا ، ولكن إذا حدثت الذرات بشكل متكرر ، فسيكون المسبار في خطر كبير.

الغبار. هذه مشكلة مختلفة قليلاً. يتكون الغبار من ذرات وجزيئات عناصر أثقل من الهيدروجين أو الهيليوم. الغبار ، حتى الأصغر ، أكبر بكثير من ذرة واحدة. وستكون عواقب الاصطدام بجزيئات الغبار على المسبار أكثر حدة من الاصطدامات بالذرات. يمكن لجسيم غبار كبير نسبيًا - جسيم واحد - أن يتلف الجهاز بأكمله. ويقدر حجم هذا الجسيم بـ 15 ميكرومتر. لحسن الحظ ، الغبار من هذا الحجم نادرًا إلى حد ما في الفضاء بين النجوم ، لذلك ربما لا تواجه جميع المجسات هذا الخطر في الطريق. في الواقع ، فإن احتمال أن يجتمع المسبار مع جسيم 15 ميكرون أو جسيم أكبر صغير للغاية.

سوف تتسبب جزيئات الغبار الأصغر في تدمير جسم الجهاز على نطاق أكبر بكثير من الذرات. سيتبخر كل جسيم المادة داخل 1.5 مم من سطح الجهاز. لكن المادة سوف تذوب إلى عمق يصل إلى 1 سم ، وبالنظر إلى الحجم الصغير للمسبار ، فإن هذا مهم للغاية.

كيف تتجنب خطر تدمير المسبار؟

هناك عدة طرق لتجنب تدمير المسابر في الطريق إلى الهدف. أحدها هو وضع شراع شمسي خلف درع خاص. سيتم تشكيل جسم المسبار على شكل رصاصة لتقليل احتمالية اصطدام الجهاز بجزيئات الغبار أو الذرات الخطرة.



لامتصاص الحرارة ، يُقترح طلاء جسم المسبار بطبقة من الجرافيت. ستتبدد هذه المادة الحرارة ، مما يوفر الحد الأدنى من تأثير التصادم مع الجسيمات والذرات على المسبار.

ومشكلة أخرى ليست واضحة. أثناء تبخر مادة في لحظة التصادم ، سيتغير اتجاه حركة الجهاز وسرعته. لن يتغير 1-2 اجتماع مع جزيئات الغبار كثيرًا ، ولكن إذا حدثت مثل هذه الاجتماعات باستمرار ، يمكن للجهاز أن ينحرف بشكل كبير عن المسار الأولي ، ستتغير السرعة أيضًا بشكل كبير. في هذه الحالة ، لن يصل المسبار إلى الهدف على الإطلاق ، أو سيطير ، ولكن سيزداد وقت السفر. ما يجب القيام به مع هذه المشكلة ، لم يخرج الخبراء بعد. وفقا للخبراءمن المشروع ، سوف يصطدم كل سنتيمتر مربع أمامي بسرعة عالية مع ما يقرب من ألف جسيم 0.1 ميكرون في الحجم وما فوق.

بالإضافة إلى كل ما سبق ، هناك أيضًا صعوبات فنية بحتة. والحقيقة هي أن المسبار يجب أن يكون مصغرًا جدًا من أجل تحقيق الحد الأقصى للكتلة. يجب أن تتحمل جميع عناصر المسبار الظروف القاسية للفضاء الخارجي والتسارع. إن تركيز أقوى أشعة الليزر على أشرعة المجسات الشمسية هو مهمة لن يتمكن الناس من مواجهتها في الوقت الحالي بسبب عدد من المشاكل التقنية . وفقًا لـ The Economist ، لن يكون تنفيذ المشروع ممكنًا إلا بعد تحسين عدد من التقنيات الحديثة بعدة أوامر من الحجم .

على أي حال ، فإن المشروع نفسه أكثر واقعية بكثير من جميع المشاريع الأخرى ، والتي تتطلب إما محركات ذرية ، أو مادة مضادة ، أو محرك إنفتال وتقنيات أخرى ، والتي تنتمي حتى الآن إلى فئة المشاريع ذات المستقبل البعيد جدًا.

Source: https://habr.com/ru/post/ar397111/