Durchbruch Starshot-Projekt: Wird die Sonde mit einer Lichtgeschwindigkeit von 20% von der Erde zum Alpha Centauri-System fliegen?

In der Science-Fiction bewegen sich Raumschiffe seit langem mit Hilfe von "Wurmlöchern", Hyperantrieb und anderen Systemen, Phänomenen und Geräten im Universum. Wurmlöcher oder Hyperantriebe sind nach Ansicht einiger Wissenschaftler überhaupt kein Märchen, und es ist theoretisch möglich, sie zu erstellen. Richtig, nicht jetzt und nicht in naher Zukunft - wir haben einfach nicht das notwendige Wissen und die Technologie.

Was ist mit einem Flug zu einem anderen Stern mit einer Lichtgeschwindigkeit von 15-20%? Es ist ziemlich real. Dies ist die Meinung von Wissenschaftlern, Popularisierern der Wissenschaft, ebenso wie die Autoren des Breakthrough Initiatives-Projekts, das am Breakthrough Starshot-Projekt arbeitet. Ziel des Projekts ist die Schaffung von Raumschiffen mit einem leichten Segel, die das Alpha-Centauri-System erreichen könnenseit 20-30 Jahren. Um in einer solchen Zeit zu diesem System zu gelangen, muss sich das Raumschiff mit einer Geschwindigkeit von 15% bis 20% der Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Was ist der Plan?

Die Hauptidee des Projekts wurde am 12. April dieses Jahres auf einer Pressekonferenz in New York bekannt gegeben. Die Gründer von Breakthrough Starshot sind Yuri Milner und Stephen Hawking. Zum Initiativvorstand des Projekts gehört auch Mark Zuckerberg, der Leiter von Facebook. Laut Milner sind die Projektkosten nicht so hoch - 5-10 Milliarden US-Dollar. Er glaubt, dass das erste Schiff seit 20 Jahren zum Stern gehen kann.

Im Rahmen des Breakthrough Starshot ist der Start eines Basisschiffs geplant, das viele kleine Raumschiffe in die Umlaufbahn bringen wird. Von der Erde aus werden die Sonnensegel dieser Geräte von einem Laserstrahl beeinflusst. Die Laser sind ziemlich leistungsstark. Es ist geplant, mehrere Laserstrahlen mit einer Energie von 1 Terajoule auf 4 * 4 m große Sonnensegel zu richten (laut einigen Berichten - 100 Gigajoule).



Mit einem Laser zielt ein Miniatur-Raumschiff auf das Alpha Centauri-System, während der Laser die Sonden auf die erforderliche Geschwindigkeit beschleunigt. Wenn (und wenn) die Erdgeräte dorthin fliegen, können sie Bilder des gesamten Systems erhalten. Insgesamt werden rund 1000 Miniatur-Raumschiffe an Alpha Centauri geschickt. Die Geräte übertragen Daten mithilfe eines Miniaturlasersystems zum Boden - das Sonnensegel dient als Antenne. Jede Sonde besteht aus einer Kamera, einem Sonnensegel, einem Laserdatenübertragungssystem und einer Plutonium-Energiequelle.

Nun zu den Problemen

Das Projekt selbst sieht ziemlich realistisch aus - Sie können wahrscheinlich Mini-Raumschiffe starten. Und um eine Lichtgeschwindigkeit von 15-20% des Lichts zu erreichen, ist das wahrscheinlich auch möglich. Es gibt jedoch ein Problem. Tatsache ist, dass bei einer so hohen Geschwindigkeit für die Sonde nicht nur ein Meteorit oder Staub ein Problem darstellt, sondern auch Kollisionen mit einzelnen Atomen gefährlich werden. Jetzt versuchen Wissenschaftler zu verstehen, wie gefährlich solche Kollisionen sein werden und wie oft sie auftreten werden (es besteht kein Zweifel, dass sie auftreten werden). Aus diesem Grund ist geplant, 1000 Geräte zu versenden - laut den Autoren des Projekts bleibt ein bestimmter Teil der Sonden intakt.

Das Hauptproblem ist, dass der interstellare Raum nicht leer ist. Es gibt Staub und es gibt ziemlich viel davon, es gibt getrennte Atome, von denen es noch mehr gibt. Alle diese Objekte repräsentierenechte Gefahr für die Sonden.

Atome . Eine Kollision mit einem Atom an sich ist nicht so gefährlich, aber die bei einer Kollision freigesetzte Energie ist bereits ein erhebliches Problem. Wenn Energie freigesetzt wird, erwärmen sich das Gehäuse oder einzelne Sondenelemente. Die Temperatur ist so hoch, dass das Sondenmaterial am Aufprallpunkt einfach verdunstet. Oder einfach schmelzen, was zu Änderungen der Materialeigenschaften führt.

Unter Verwendung bekannter Daten zur Konzentration interstellaren Gases führten die Autoren einige Berechnungen durch, um mehr oder weniger reale Informationen über die Folgen solcher Kollisionen zu erhalten. Wie sich herausstellte, sind der häufigste Wasserstoff und Helium im Universum kein signifikantes Problem. Bei Kollisionen mit schwereren Atomen von Elementen wie Sauerstoff, Magnesium und Eisen sind die Sonden am schlechtesten.

Experten zufolge können schwere Atome das Material des Sondenkörpers innerhalb von 0,1 mm verdampfen oder schmelzen. Nicht so sehr, aber wenn Atome häufig auftreten, ist die Sonde in großer Gefahr.

Staub. Dies ist ein etwas anderes Problem. Staub entsteht aus Atomen und Molekülen von Elementen, die schwerer als Wasserstoff oder Helium sind. Staub, selbst der kleinste, ist viel größer als ein einzelnes Atom. Die Folgen von Kollisionen mit Staubpartikeln für die Sonde sind schwerwiegender als Kollisionen mit Atomen. Ein relativ großes Staubpartikel - ein einzelnes Partikel - kann das gesamte Gerät beschädigen. Die Größe eines solchen Partikels wird auf 15 Mikrometer geschätzt. Glücklicherweise ist Staub dieser Größe im interstellaren Raum eher selten, sodass wahrscheinlich nicht alle Sonden dieser Gefahr unterwegs begegnen. Tatsächlich ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Sonde auf ein 15-Mikron-Partikel oder ein größeres Partikel trifft, verschwindend gering.

Kleinere Staubpartikel verursachen eine Zerstörung des Gerätekörpers in viel größerem Maßstab als Atome. Jedes Partikel verdampft das Material innerhalb von 1,5 mm von der Oberfläche der Vorrichtung. Das Material schmilzt jedoch bis zu einer Tiefe von bis zu 1 cm. Angesichts der Miniaturgröße der Sonden ist dies von großer Bedeutung.

Wie vermeide ich die Gefahr der Zerstörung der Sonde?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um die Zerstörung von Sonden auf dem Weg zum Ziel zu vermeiden. Eine davon ist, ein Sonnensegel hinter einem speziellen Schild zu platzieren. Der Sondenkörper wird in Form eines Geschosses ausgebildet, um die Wahrscheinlichkeit zu minimieren, dass die Vorrichtung mit gefährlichen Staubpartikeln oder Atomen kollidiert.



Um Wärme zu absorbieren, wird vorgeschlagen, den Sondenkörper mit einer Graphitschicht zu beschichten. Dieses Material leitet Wärme ab und sorgt so für einen minimalen Einfluss von Kollisionen mit Partikeln und Atomen auf die Sonde.

Und noch ein Problem, nicht so offensichtlich. Während des Verdampfens einer Substanz im Moment der Kollision ändern sich die Bewegungsrichtung der Vorrichtung und ihre Geschwindigkeit. 1-2 Besprechungen mit Staubpartikeln ändern sich nicht wesentlich, aber wenn solche Besprechungen ständig stattfinden, kann das Gerät stark von der ursprünglichen Flugbahn abweichen, und die Geschwindigkeit ändert sich ebenfalls erheblich. In diesem Fall erreicht die Sonde entweder das Ziel überhaupt nicht oder sie fliegt, aber die Reisezeit erhöht sich. Was mit diesem Problem zu tun ist, haben sich Experten noch nicht ausgedacht. Experten zufolgeJeder frontale Quadratzentimeter des Projekts kollidiert mit hoher Geschwindigkeit mit ungefähr tausend Partikeln mit einer Größe von 0,1 Mikrometern und mehr.

Zusätzlich zu all dem gibt es auch rein technische Schwierigkeiten. Tatsache ist, dass die Sonde sehr klein sein muss, um die Massengrenze zu erreichen. Alle Sondenelemente müssen den extremen Bedingungen des Weltraums und der Beschleunigung standhalten. Die Fokussierung der leistungsstärksten Laser auf die Sonnensegel von Sonden ist eine Aufgabe, die die Menschen aufgrund einer Reihe technischer Probleme derzeit nicht bewältigen können . Laut The Economist wird die Umsetzung des Projekts nur möglich sein, wenn eine Reihe moderner Technologien um mehrere Größenordnungen verbessert wurden .

Wie dem auch sei, das Projekt selbst ist viel realer als alle anderen, die entweder Atommotoren oder Antimaterie oder einen Warpantrieb und andere Technologien erfordern, die bisher zur Kategorie der Projekte einer sehr, sehr fernen Zukunft gehören.

Source: https://habr.com/ru/post/de397111/