💪🏻 🏼 🧙🏼 In drei Tagen zum Mars? 🌟 👩🏻‍🚀 ✍🏻

Ende Februar berichteten viele Medien, die NASA habe einen Weg gefunden, um mit Lichtgeschwindigkeit zum Mars und zu anderen Planeten zu fliegen. Es ging um die Arbeit des Professors für Physik an der Universität von Kalifornien in Santa Barbara, Philip Lubin (Philip Lubin). Die Bedeutung der Botschaften war, dass die NASA in der Person des oben genannten Professors Sonden auf die Planeten des Sonnensystems und darüber hinaus mit Laserlicht von der Erde starten würde. Sie versprachen die Lieferung eines 100-Pfund-Fahrzeugs an den Mars in drei Tagen und andere fantastische Gelegenheiten. Anscheinend wagte es aufgrund der offensichtlichen Gelbfärbung der Schlagzeilen niemand, ähnliche Nachrichten hier und auf ähnlichen Quellen zu veröffentlichen. Ich habe mich gefragt, was noch hinter den lauten Schlagzeilen steckt, und das habe ich herausgefunden.

Tatsächlich waren die Nachrichten nicht so aktuell, einige Medien veröffentlichten sie bereits im Sommer 2015. Der Anstoß für dieses Thema war nun die Veröffentlichung eines Videoclips, in dem die vorgeschlagene Technologie des NASA 360-Podcasts (und die anschließende Neuveröffentlichung auf der Space.com-Website) im Volksmund erläutert wurde.

Dieses Video enthält keine wissenschaftlichen und technischen Details, sondern besteht fast ausschließlich aus verschiedenen Fragmenten der Shuttle-Starts und anderen Weltraumvideos. Es wird nur über die Technologie selbst gesagt, dass sie einen Photonenantrieb verwenden soll, d.h. Pulsenergie von Photonen. Tatsächlich ist die Idee eines Photonenmotors überhaupt nicht neu. Forscher schlagen jedoch einen völlig neuen Ansatz vor - die Impulsübertragung wird durch "Hervorheben" eines sich bewegenden Objekts mit einem Laserstrahl von der Erde oder von der Orbitalplattform erreicht. Daher wird vorgeschlagen, die erforderlichen Kraftstoffreserven an Bord des Objekts selbst zu beseitigen, und es wird argumentiert, dass mit einem solchen Ansatz nahezu Lichtgeschwindigkeiten erreicht werden.

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Philip Lubin ist Projektmanager für das DEEP-IN-Projekt (Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration) der NASA. Im April 2015 veröffentlichte er ein wissenschaftliches Papier mit dem Titel „Eine Roadmap zum interstellaren Flug“ , in dem er eine Technologie zur Übertragung des Photonenimpulses auf ein Raumfahrzeug unter Verwendung einer Reihe von auf der Erde installierten Lasern vorschlug und Berechnungen vorlegte, die die theoretische Möglichkeit bestätigten diese Technologie. Im August 2015 stellte die NASA 100.000 USD für weitere Studien dieser Gruppe bereit.

Außerdem werde ich versuchen, die in dieser Arbeit skizzierten Hauptpunkte kurz zu skizzieren.

Die Einführung in die Arbeit besagt, dass die Menschheit in den letzten 60 Jahren des Weltraumzeitalters große Fortschritte bei der Entwicklung der Weltraumtechnologie gemacht hat, mit Ausnahme der Hochgeschwindigkeitseigenschaften von Raumfahrzeugen. Zum Beispiel gelang es Voyager-1, das Sonnensystem erst nach 37 Flugjahren mit einer Geschwindigkeit von 17 km / s zu verlassen, d.h. 0,006% Licht. Dies reicht eindeutig nicht aus, um selbst zu den nächsten Sternen zu fliegen.

Für die Fernübertragung von Energie wird vorgeschlagen, den Photonentreiber (Photonentreiber) zu verwenden - eine Anordnung von Lasern der Kilowattklasse mit genau den gleichen Phasen, die als eine einzige Lichtquelle arbeiten. Ein solcher Ansatz wird es ermöglichen, die Entwicklung eines einzelnen supermächtigen Lasers sowie riesiger optischer Systeme aufzugeben (da jeder Laser im Array sein eigenes optisches System hat). Ein ähnliches Array wird in anderen Studien von einer Forschungsgruppe namens DE-STAR (Directed Energy System für das Targeting von Asteroiden und ExploRation) beschrieben. Es wird vorgeschlagen, das Array mit der Energie des entsprechenden Satzes von Sonnenkollektoren zu versorgen.

Es wird vorgeschlagen, DE-STAR-Arrays unterschiedlicher Größe in logarithmischer Abfolge von ihrer Anzahl zu erstellen. Das heißt, DE-STAR 1 hat eine Seite von 10 Metern, DE-STAR 2 - 100 Meter und so weiter. Zum Beispiel können die Eigenschaften eines Arrays mit der maximalen Größe DE-STAR-4 und einer Leistung von 50-70 Gigawatt, das sich in einer erdnahen Umlaufbahn befindet, die Dispersion eines Femtosatelliten (hergestellt in Form eines Einkristalls mit einem Gewicht von etwa 1 Gramm) mit einem Segel mit einer Seite von 1 Meter ermöglichen von einem dünnen Film auf eine Geschwindigkeit von etwa 26% des Lichts in etwa 10 Minuten. Ein solches Gerät wird in 30 Minuten den Mars erreichen, Voyager-1 in weniger als 3 Tagen überholen und in etwa 15 Jahren Alpha Centauri erreichen. Als andere Beispiele wird gesagt, dass eine solche Anordnung ein Objekt mit einem Gewicht von 100 kg auf etwa 2% der Lichtgeschwindigkeit und ein Objekt mit einem Gewicht von 10.000 kg auf 1.000 km / s beschleunigen könnte.

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In Anbetracht der Tatsache, dass die Beschleunigung eines Femtosatelliten nur sehr wenig Zeit in Anspruch nimmt und danach eine Reihe von Lasern praktisch nicht mehr erforderlich ist, ist es theoretisch möglich, täglich Hunderte solcher Geräte zu starten und etwa 40.000 Einheiten pro Jahr zu starten, wodurch man für jeden quadratischen Grad des Himmels eine haben kann ( Es wird geschätzt, dass die Gesamtmasse aller Femtosatelliten etwa 80 kg beträgt.

Darüber hinaus liefert die Arbeit Berechnungen der notwendigen Energie zum Beschleunigen von Objekten auf nahezu Lichtgeschwindigkeiten sowie Berechnungen der notwendigen Segelgrößen zum Sammeln der übertragenen Energie. Es wird auch vorgeschlagen, einen Teil der empfangenen Energie für den eigenen Bedarf des Raumfahrzeugs zu verwenden, was einerseits die Effizienz der Energieübertragung verringert und andererseits die Vorrichtung selbst erheblich erleichtert. Darüber hinaus werden das Design und die Berechnungen angegeben, die für den Aufbau einer Anordnung von Lasern erforderlich sind.

Ein ernstes Problem kann das Bremsen des Geräts sein, das am Ort angekommen ist. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, die Energie von Photonen, die von einem Stern emittiert werden, Sternwind sowie die magnetische Bindung an das Plasma eines Sternensystems zu nutzen. Es wird darauf hingewiesen, dass es viele Jahre dauern wird, um zu lernen, wie man diese Möglichkeiten nutzt, aber jetzt sind Span-Missionen verfügbar.

Ein weiterer praktischer Aspekt bei der Verwendung von Laserarrays kann die Fernkommunikation mit Geräten sein. Beispielsweise wird die Berechnung erneut für das DE-STAR-4-Array mit einer Wellenlänge von 1,06 μm und einer Leistung von 50 Gigawatt angegeben. Es wird gesagt, dass in einer Entfernung von 1 Lichtjahr der Durchmesser des Lichtflecks 2 * 10 ⁶ Meter (2.000 km) beträgt , was bei einer Sonde mit einem Gewicht von 100 kg und einer Empfangsantenne mit einem Durchmesser von 30 Metern den Empfang von Daten mit einer Geschwindigkeit von 2 * 10 ^{18 ermöglicht}Bit / s (vorausgesetzt, das Gerät muss 40 Photonen empfangen, um das 1. Bit zu codieren). Somit an Bord die Vorrichtung Sender eines 10 - Watt - Lasers mit Informationen , die in ähnlicher Weise bei 1 · 10 übertragen kann ⁹ bit / sec (d, 1 Gbit / s). In ähnlicher Weise wird berechnet, dass dieses Datenübertragungssystem in der Nähe von Proxima Centauri eine Geschwindigkeit von etwa 70 Mbit / s liefert. Das heißt, Die Menschheit wird die Möglichkeit haben, in Echtzeit ein Video zu sehen, das von einem benachbarten Sternensystem ausgestrahlt wird.
Als zusätzliche Möglichkeiten zur Verwendung des Laserarrays werden militärische und Schutzzwecke angeboten, beispielsweise der Schutz vor Asteroiden sowie die Signalübertragung an außerirdische Zivilisationen.

Am Ende des Artikels werden einige Berechnungen für zukünftige Raumfahrzeuge angegeben, die mit einem Laserarray mit einer Leistung von 70 Gigawatt gesendet wurden:

1	2	3	4	5	6	7	8	9
1 g	0,85 m	186 s	4,01 * 10 ⁹ m	4,31 * 10 ⁷ m / s	0,14	6,10 * 10 ⁷ m / s	0,20	2,37 * 10 ⁴ g
10 g	2,7 m	1050 s	1,27 * 10 ¹⁰ m	2,43 × 10 ⁷ m / s	0,081	3,43 × 10 ⁷ m / s	0,11	2,37 * 10 ³ g
100 g	8,5 m	5880 s	4,01 * 10 ¹⁰ m	1,36 * 10 ⁷ m / s	0,046	1,93 × 10 ⁷ m / s	0,064	237 g
1 kg	27 m	3,32 * 10 ⁴ s	1,27 * 10 ¹¹ m	7,67 * 10 ⁶ m / s	0.026	1.08*10⁷ /	0.036	23.7 g
10	85	1.86*10⁵	4.01*10¹¹	4.31*10⁶ /	0.014	6.10*10⁶ /	0.020	2.37 g
100	270	1.06*10⁶	1.27*10¹²	2.43*10⁶ /	0.0081	3.46*10⁶ /	0.011	0.237 g
1000	850	5.88*10⁶	4.01*10¹²	1.36*10⁶ /	0.0046	1.93*10⁶ /	0.0064	0.0237 g
10 000	2.7	3.32*10⁷	1.27*10¹³	7.67*10⁵ /	0.0026	1.08*10⁶ /	0.0036	2.37*10^-3 g
100 000	8.5	1.86*10⁸	4.01*10¹³	4.31*10⁵ /	0.0014	6.10*10⁵ /	0.0020	2.37*10^-4 g

So heißt es in dem Artikel, dass die vorgeschlagene Technologie trotz ihrer fantastischen Natur auf absehbare Zeit durchaus möglich und deutlich realer ist als Wurmlöcher, Teleportations- und Antimateriemotoren. Natürlich wird es einige Zeit dauern, bis sich die Technologien so weit entwickelt haben, dass Raumfahrzeuge mit einem Gewicht von Gramm und den für die Beschleunigung erforderlichen Laserarrays entstehen. Dem zuzustimmen oder nicht - jeder kann selbst entscheiden. Für mich ist es wichtig, dass die NASA in dieser Arbeit auch ein gesundes Getreide gesehen hat und weitere Entwicklungen finanziert. Die nächsten Schritte können ein erster Bodentest der Technologie zur Impulsübertragung und dann ein Test im Orbit der Erdlaserarrays mit unterschiedlichen Leistungen sein.

Wie erwartet hat die vorgeschlagene Theorie Gegner. Neben der technischen Unmöglichkeit, ein solches Raumschiff derzeit zu starten, werden auch andere theoretische und praktische Schwierigkeiten erwähnt. Zum Beispiel sagen sie, dass das Lasersegel während des Betriebs des Lasersystems sehr heiß ist oder dass, wenn das Segel (und es sollte 99,99% der empfangenen Energie reflektieren) 70 Gigawatt Energie zurück in das Laserarray reflektiert, letzteres nicht begrüßt wird. Sie erwähnen auch Newtons 3. Gesetz, nach dem eine kolossale Gegenkraft auf die Weltraumplattform wirkt, auf der die Laseranordnung installiert wird (obwohl die Plattform selbst nach Berechnungen derselben Kritiker eine exorbitante Masse von etwa 300.000 Tonnen haben wird).

In jedem Fall wird die Zeit zeigen, wer Recht hatte und wer nicht.

Ich entschuldige mich für die Verwendung des Begriffs „Femto-Satellit“ für die im Artikel genannten Geräte, da im Original der Begriff „Raumschiff im Wafer-Maßstab“ verwendet wird, der von keinem mir bekannten Begriff übersetzt wird.

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