Projeto inovador Starshot: a sonda voará da Terra para o sistema Alpha Centauri a uma velocidade de 20% da luz?

Na ficção científica, há muito que as naves espaciais se movem pelo universo com a ajuda de "buracos de minhoca", hiperdrive e outros sistemas, fenômenos e dispositivos. Buracos de minhoca ou hiperdrives, segundo alguns cientistas, não são um conto de fadas, e é teoricamente possível criá-los. É verdade que não agora e nem no futuro próximo - simplesmente não temos o conhecimento e a tecnologia necessários.

Bem, que tal voar para outra estrela a uma velocidade de 15 a 20% de luz? Isso é bem real. Essa é a opinião dos cientistas, popularizadores da ciência, assim como os autores do projeto Breakthrough Initiatives, trabalhando no projeto Breakthrough Starshot. O objetivo do projeto é a criação de naves espaciais com vela leve, capazes de atingir o sistema Alpha Centauripor 20-30 anos. Para chegar a esse sistema em tal momento, a nave espacial deve se mover a uma velocidade de 15% a 20% da velocidade da luz.

Qual é o plano?

A idéia principal do projeto foi anunciada em 12 de abril deste ano em uma conferência de imprensa em Nova York. Os fundadores da Breakthrough Starshot são Yuri Milner e Stephen Hawking. O conselho de iniciativa do projeto também inclui Mark Zuckerberg, chefe do Facebook. Segundo Milner, o custo do projeto não é tão alto - 5 a 10 bilhões de dólares. O primeiro navio, ele acredita, pode chegar à estrela em 20 anos.

Como parte do Breakthrough Starshot, está planejado o lançamento de uma nave base que colocará em órbita muitas naves espaciais pequenas. Da terra, as velas solares desses dispositivos serão afetadas por um raio laser. Os lasers são bastante potentes, está planejado direcionar vários raios laser com uma energia de 1 terajoule para velas solares de 4 * 4 m de tamanho (de acordo com alguns relatórios - 100 gigajoules).



Usando um laser, a espaçonave em miniatura mirará o sistema Alpha Centauri, enquanto o laser acelerará as sondas até a velocidade necessária. Quando (e se) os dispositivos da Terra voarem para lá, eles poderão obter imagens de todo o sistema. No total, cerca de 1000 naves em miniatura serão enviadas para Alpha Centauri. Os dispositivos transmitirão dados ao solo usando um sistema de laser em miniatura - a vela solar servirá como antena. Cada sonda consiste em uma câmera, uma vela solar, um sistema de transmissão de dados a laser, uma fonte de energia de plutônio.

Agora sobre os problemas

O projeto em si parece bastante realista - você provavelmente pode lançar mini-naves estelares. E para atingir uma velocidade de 15-20% da luz, provavelmente também é possível. Mas há um problema. O fato é que, a uma velocidade tão alta para a sonda, não apenas um meteorito ou poeira será um problema, colisões mesmo com átomos individuais se tornam perigosas. Agora, os cientistas estão tentando entender como essas colisões serão perigosas e com que frequência ocorrerão (não há dúvida de que ocorrerão). Na verdade, é por isso que está planejado enviar 1000 dispositivos - de acordo com os autores do projeto, uma certa parte das sondas permanecerá intacta.

O principal problema é que o espaço interestelar não está vazio. Existe poeira, e existe bastante, existem átomos separados, dos quais existem ainda mais. Todos esses objetos representamperigo real para as sondas.

Átomos . Uma colisão com um átomo em si não é tão perigosa, mas a energia liberada durante uma colisão já é um problema significativo. Quando a energia é liberada, o alojamento ou os elementos individuais da sonda esquentam. A temperatura será tão alta que o material da sonda simplesmente evaporará no ponto de impacto. Ou apenas derreter, o que causará alterações nas propriedades do material.

Usando dados conhecidos sobre a concentração de gás interestelar, os autores realizaram alguns cálculos para obter informações mais ou menos reais sobre as consequências de tais colisões. Como se viu, o hidrogênio e o hélio mais comuns no universo não são um problema significativo. As sondas serão as piores em colisões com átomos mais pesados ​​de elementos como oxigênio, magnésio e ferro.

Segundo especialistas, átomos pesados ​​poderão vaporizar ou derreter o material do corpo da sonda dentro de 0,1 mm. Não tanto, mas se átomos ocorrerem com freqüência, a sonda estará em grande perigo.

Poeira. Este é um problema ligeiramente diferente. O pó é formado a partir de átomos e moléculas de elementos mais pesados ​​que o hidrogênio ou o hélio. A poeira, mesmo a menor, é muito maior que um único átomo. E as consequências de colisões com partículas de poeira para a sonda serão mais graves do que colisões com átomos. Uma partícula de poeira relativamente grande - uma partícula única - pode danificar todo o aparelho. O tamanho de uma partícula é estimado em 15 micrômetros. Felizmente, poeira desse tamanho é bastante rara no espaço interestelar, portanto, provavelmente nem todas as sondas enfrentarão esse perigo no caminho. De fato, a probabilidade de uma sonda encontrar uma partícula de 15 mícrons ou uma partícula maior é muito pequena.

Partículas de poeira menores causarão a destruição do corpo do aparelho em uma escala muito maior que os átomos. Cada partícula vaporiza o material a 1,5 mm da superfície do aparelho. Mas o material derreterá até uma profundidade de 1 cm, considerando o tamanho em miniatura das sondas, isso é muito significativo.

Como evitar o perigo de destruição da sonda?

Existem várias maneiras de evitar a destruição de sondas no caminho para o alvo. Uma delas é colocar uma vela solar atrás de um escudo especial. O corpo da sonda será formado na forma de uma bala para minimizar a probabilidade de o aparelho colidir com partículas ou átomos perigosos de poeira.



Para absorver o calor, propõe-se que o corpo da sonda seja revestido com uma camada de grafite. Este material dissipará o calor, proporcionando um impacto mínimo de colisões com partículas e átomos na sonda.

E mais um problema, não tão óbvio. Durante a evaporação de uma substância no momento da colisão, a direção do movimento do aparelho e sua velocidade mudam. 1-2 reuniões com partículas de poeira não mudam muito, mas se tais reuniões ocorrerem constantemente, o dispositivo poderá se desviar bastante da trajetória inicial, a velocidade também mudará significativamente. Nesse caso, a sonda não alcançará o alvo ou voará, mas o tempo de viagem aumentará. O que fazer com esse problema, os especialistas ainda não apresentaram. De acordo com especialistasdo projeto, cada centímetro quadrado frontal colidirá em alta velocidade com aproximadamente mil partículas de tamanho igual ou superior a 0,1 mícrons.

Além de todas as opções acima, também existem dificuldades puramente técnicas. O fato é que a sonda deve ser muito miniatura para atender ao limite de massa. Todos os elementos da sonda devem suportar as condições extremas do espaço sideral e da aceleração. E focar os lasers mais poderosos nas velas solares das sondas é uma tarefa com a qual as pessoas não poderão lidar agora, devido a vários problemas técnicos . Segundo o The Economist, a implementação do projeto só será possível após a melhoria de várias tecnologias modernas em várias ordens de magnitude .

Seja como for, o projeto em si é muito mais real do que todos os outros, que exigem motores atômicos, antimatéria ou warp drive e outras tecnologias, que até agora pertencem à categoria de projetos de um futuro muito, muito distante.

Source: https://habr.com/ru/post/pt397111/