Proyecto Breakthrough Starshot: ¿la sonda volará desde la Tierra al sistema Alpha Centauri a una velocidad del 20% de luz?

En ciencia ficción, las naves espaciales se han estado moviendo durante mucho tiempo alrededor del universo con la ayuda de "agujeros de gusano", hiperimpulsores y otros sistemas, fenómenos y dispositivos. Los agujeros de gusano o hiperimpulso, según algunos científicos, no son un cuento de hadas en absoluto, y es teóricamente posible crearlos. Es cierto, no ahora y no en el futuro cercano: simplemente no tenemos el conocimiento y la tecnología necesarios.

Bueno, ¿qué hay de volar a otra estrella a una velocidad de 15-20% de luz? Es bastante real. Esta es la opinión de los científicos, divulgadores de la ciencia, al igual que los autores del proyecto Breakthrough Initiatives, que trabajan en el proyecto Breakthrough Starshot. El objetivo del proyecto es la creación de naves espaciales con una vela ligera, que puedan alcanzar el sistema Alpha Centauripor 20-30 años. Para llegar a este sistema en ese momento, la nave espacial debe moverse a una velocidad del 15% al ​​20% de la velocidad de la luz.

Cual es el plan

La idea principal del proyecto se anunció el 12 de abril de este año en una conferencia de prensa en Nueva York. Los fundadores de Breakthrough Starshot son Yuri Milner y Stephen Hawking. La junta de iniciativa del proyecto también incluye a Mark Zuckerberg, el jefe de Facebook. Según Milner, el costo del proyecto no es tan alto: de 5 a 10 mil millones de dólares. El primer barco, él cree, puede ir a la estrella en 20 años.

Como parte del Breakthrough Starshot, se planea lanzar una nave base que pondrá en órbita muchas naves espaciales pequeñas. Desde la tierra, las velas solares de estos dispositivos se verán afectadas por un rayo láser. Los láseres son bastante potentes, está previsto dirigir varios rayos láser con una energía de 1 terajulio a velas solares de 4 * 4 m de tamaño (según algunos informes, 100 gigajulios).



Usando un láser, una nave espacial en miniatura apuntará al sistema Alpha Centauri, mientras que el láser acelerará las sondas a la velocidad requerida. Cuando (y si) los dispositivos de la Tierra vuelan allí, podrán obtener imágenes de todo el sistema. En total, se enviarán unas 1000 naves en miniatura a Alpha Centauri. Los dispositivos transmitirán datos al suelo utilizando un sistema láser en miniatura: la vela solar servirá como antena. Cada sonda constará de una cámara, una vela solar, un sistema de transmisión de datos láser, una fuente de energía de plutonio.

Ahora sobre los problemas

El proyecto en sí parece bastante realista: probablemente pueda lanzar mini-naves espaciales. Y para lograr una velocidad del 15-20% de la luz, probablemente también sea posible. Pero hay un problema. El hecho es que a una velocidad tan alta para la sonda no solo un meteorito o polvo será un problema, las colisiones incluso con átomos individuales se vuelven peligrosas. Ahora los científicos están tratando de entender cuán peligrosas serán tales colisiones y con qué frecuencia ocurrirán (no hay duda de que lo harán). En realidad, es por eso que se planea enviar 1000 dispositivos; según los autores del proyecto, cierta parte de las sondas permanecerá intacta.

El principal problema es que el espacio interestelar no está vacío. Hay polvo, y hay bastante, hay átomos separados, de los cuales hay aún más. Todos estos objetos representanpeligro real para las sondas.

Átomos . Una colisión con un átomo en sí mismo no es tan peligrosa, pero la energía liberada durante una colisión ya es un problema importante. Cuando se libera energía, la carcasa o los elementos individuales de la sonda se calentarán. La temperatura será tan alta que el material de la sonda simplemente se evaporará en el punto de impacto. O simplemente derretir, lo que provocará cambios en las propiedades del material.

Utilizando datos conocidos sobre la concentración de gas interestelar, los autores realizaron algunos cálculos para obtener información más o menos real sobre las consecuencias de tales colisiones. Al final resultó que, el hidrógeno y el helio más comunes en el universo no son un problema significativo. Las sondas estarán peor en colisiones con átomos más pesados ​​de elementos como oxígeno, magnesio, hierro.

Según los expertos, los átomos pesados ​​podrán vaporizar o fundir el material del cuerpo de la sonda dentro de 0.1 mm. No tanto, pero si los átomos ocurren con frecuencia, la sonda estará en gran peligro.

Polvo. Este es un problema ligeramente diferente. El polvo se forma a partir de átomos y moléculas de elementos más pesados ​​que el hidrógeno o el helio. El polvo, incluso el más pequeño, es mucho más grande que un solo átomo. Y las consecuencias de las colisiones con partículas de polvo para la sonda serán más graves que las colisiones con átomos. Una partícula de polvo relativamente grande, una sola partícula, puede dañar todo el aparato. El tamaño de dicha partícula se estima en 15 micrómetros. Afortunadamente, el polvo de este tamaño es bastante raro en el espacio interestelar, por lo que probablemente no todas las sondas enfrentarán este peligro en el camino. De hecho, la probabilidad de que una sonda se encuentre con una partícula de 15 micras o una partícula más grande es muy pequeña.

Las partículas de polvo más pequeñas causarán la destrucción del cuerpo del aparato a una escala mucho mayor que los átomos. Cada partícula vaporizará el material dentro de 1.5 mm de la superficie del aparato. Pero el material se derretirá hasta una profundidad de hasta 1 cm. Dado el tamaño en miniatura de las sondas, esto es muy significativo.

¿Cómo evitar el peligro de destrucción de la sonda?

Hay varias formas de evitar la destrucción de las sondas en el camino hacia el objetivo. Una de ellas es colocar una vela solar detrás de un escudo especial. El cuerpo de la sonda se formará en forma de bala para minimizar la probabilidad de que el aparato choque con partículas de polvo o átomos peligrosos.



Para absorber el calor, se propone recubrir el cuerpo de la sonda con una capa de grafito. Este material disipará el calor, proporcionando un impacto mínimo de colisiones con partículas y átomos en la sonda.

Y un problema más, no tan obvio. Durante la evaporación de una sustancia en el momento de la colisión, la dirección del movimiento del aparato y su velocidad cambiarán. 1-2 reuniones con partículas de polvo no cambiarán mucho, pero si tales reuniones ocurren constantemente, el dispositivo puede desviarse mucho de la trayectoria inicial, la velocidad también cambiará significativamente. En este caso, la sonda no alcanzará el objetivo en absoluto o volará, pero el tiempo de viaje aumentará. Qué hacer con este problema, los expertos aún no lo han inventado. Según los expertosdel proyecto, cada centímetro cuadrado frontal colisionará a alta velocidad con aproximadamente mil partículas de 0.1 micras de tamaño y más.

Además de todo lo anterior, también existen dificultades puramente técnicas. El hecho es que la sonda debe ser muy pequeña para cumplir con el límite de masa. Todos los elementos de la sonda deben soportar las condiciones extremas del espacio exterior y la aceleración. Y enfocar los láseres más potentes en las velas solares de las sondas es una tarea que la gente no podrá hacer ahora debido a una serie de problemas técnicos . Según The Economist, la implementación del proyecto será posible solo después de mejorar varias tecnologías modernas en varios órdenes de magnitud .

Sea como fuere, el proyecto en sí es mucho más real que todos los demás, que requieren motores atómicos, o antimateria, o una unidad warp y otras tecnologías, que hasta ahora pertenecen a la categoría de proyectos de un futuro muy, muy lejano.

Source: https://habr.com/ru/post/es397111/