Lasers konden Tiny Spacecraft naar de sterren schieten

Reizen naar andere sterrenstelsels is een grote droom, maar om dit te bereiken moet je misschien ultrasmall gaan werken.

Het vernietigen van kleine, wafer-achtige zeilruimtevaartuigen met krachtige lasers kan de interstellaire vluchttijden van duizenden jaren naar tientallen jaren terugdringen, zegt een onderzoeker.

Menselijke excursies naar de sterren zijn vervloekt door wiskunde. Om daar binnen redelijke tijd te geraken, moet het ruimtevaartuig ongelofelijk snel gaan - maar voor snel reizen moet meer drijfgas worden vervoerd. Die vereiste hoeveelheid drijfgas, of het nu raketbrandstof is, een bron voor kernfusie of zelfs antimaterie, zou het steeds moeilijker maken voor het schip om te versnellen. [Gallery: Visions of Interstellar Starship Travel]

Sommige onderzoekers hebben in dit dilemma een maas in de wet gevonden door zich een zonne-, laser- of microgolfzeil voor te stellen. Een interstellair vaartuig dat op de fotonen van de zon of op een straal uit de baan van de aarde heeft gesurft, zou er geen voortstuwingsbron bij hoeven te hebben. Maar om een ​​grote sonde voort te stuwen, zou de mensheid een buitengewoon grote om de aarde draaiende laser nodig hebben en mogelijk een zeil ter grootte van Texas.

Philip Lubin, een onderzoeker aan de University of California, de Experimental Cosmology Group van Santa Barbara, hoopt dergelijke problemen te omzeilen met kleine, waferachtige ruimtevaartuigen. Zijn idee is een van de vijftien die in mei een Fase 1-subsidie ​​won van NASA's Innovative Advanced Concepts (NIAC) -programma.

Hoewel bemande interstellaire vluchten mogelijk niet lang mogelijk zijn, begrijpt Lubin niet waarom dat ons zou moeten stoppen om robotachtige gezanten naar de sterren te sturen.

"Robotmissies, die echt het grootste deel van de exploratie in ons zonnestelsel hebben gedaan, zijn het verlengstuk geworden van de menselijke geest naar verre oorden", vertelde Lubin aan ProfoundSpace.org. "We hebben geen manier om mensen naar de dichtstbijzijnde ster te sturen, maar we hebben mogelijk een manier om onze vindingrijkheid naar de dichtstbijzijnde sterren te sturen in de vorm van een zeer kleine robotische sonde."

NIAC Phase I-beurzen zijn relatief klein - tot $ 100.000 - en ze moedigen onderzoekers aan om gedetailleerde aanvalsplannen te ontwikkelen voor ambitieuze, mogelijk transformatieve ruimtevaarttechnologieën. Het concept van Lubin is een 'Roadmap to the Stars' waarin stap voor stap de kleine, met een laser aangedreven probes worden ontwikkeld en getest.

Les Johnson, een NASA-technoloog en sciencefictionauteur, beschreef het NIAC-voorstel van Lubin aan ProfoundSpace.org: "In plaats van je gigantische voortstuwingssystemen en al deze energie te maken, waarom maak je dan niet gewoon wat je verzendt, echt, heel klein ? Hier is hoe." [Superfast Spacecraft Propulsion Concepts (afbeeldingen)]

De sondes, elk met een gewicht van een enkele gram, zouden rijden op een laserstraal die vanuit een baan om de aarde is geschoten en zou kleine sensoren dragen om metingen en zenders te nemen om te rapporteren wat ze vonden. Het systeem zou geleidelijk kunnen worden opgebouwd, omdat zelfs iets grotere sondes of zwakkere laserstralen nuttig zouden kunnen zijn voor het onderzoeken van dichterbij gelegen doelen binnen het zonnestelsel, zei Lubin.

Lubin zei dat er een dramatische verbetering is opgetreden in gerichte energietechnologie, met name door het Amerikaanse Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Voortstuwing die ooit één onbetrouwbare gigantische laser zou hebben vereist, kan nu worden gegenereerd door een veel kleinere bron die is verbonden met vele versterkers in een baan rond de aarde, wat genoeg kracht zou kunnen leveren om een ​​meters lang zeil voort te duwen dat een kleine sonde trekt.

Een laserstraal van volledige grootte zou ongeveer 10 km breed zijn, maar zou na verloop van tijd worden opgeschaald van kleinere, bruikbare componenten. Lubin beschreef de laseropstelling in eerder onderzoek dat het gebruik van de lasers voorstelde om inkomende asteroïden op te warmen en te kloppen.

Zodra er kleine versies van dit systeem zijn gemaakt, zullen deze in op de grond gebaseerde tests en op andere manieren beginnen op te schalen.

Het grootste lasersysteem zou 50 tot 70 gigawatt aan vermogen gebruiken om het voertuig voort te stuwen, ongeveer evenveel als wordt gebruikt om het huidige ruimtevaartuig naar de baan van de aarde te lanceren. Die laseropstelling, die Lubin in een voorsteldocument beschreef, kon een klein ruimtevaartuig met een 3,3 voet (1 meter) voortbewegen tot 26 procent van de lichtsnelheid in 10 minuten.

Zo'n vaartuig zou Mars binnen 30 minuten kunnen bereiken, inhalen met Voyager 1 - het verste ruimteschip van de mensheid van de aarde - in minder dan drie dagen en in vijftien jaar het sterrenstelsel Alpha Centauri raken. Grotere vaartuigen zouden langer nodig hebben om te versnellen, maar zouden nog steeds veel groter zijn dan onze huidige opties, zei Lubin.

"Wat we voorstellen is extreem moeilijk, buitengewoon moeilijk - maar tot nu toe zien we de fundamentele showstopper niet," zei Lubin. "Wat belet je om het uit te voeren behalve het harde werk om het te doen en de technologische evolutie om daar te komen?"

Marc Millis, een voortstuwingsfysicus en de oprichter en directeur van de Tau Zero Foundation, een groep die werkt aan het bevorderen van interstellair vliegonderzoek, vertelde ProfoundSpace.org dat hij uiteindelijk een aanpak moet vinden die haalbaar, incrementeel onderzoek als dit is, op een verscheidenheid van verschillende interstellaire verkenningsstrategieën, is essentieel.

"Als je iets verder wilt sturen, sneller, hoe minder massa het heeft, hoe makkelijker het zal zijn om te doen," zei Millis. "Binnen het landschap van verschillende ideeën en problemen in interstellaire vlucht, richt het zich op een klein deel daarvan en gebruikt het verteerbare stukken, neemt redelijke volgende stappen, maar het lost in geen geval alle problemen op. Wat in dit stadium over alles gaat kan echt doen. "

Om het systeem te laten werken, zullen onderzoekers moeten bepalen hoe de laserstralen precies genoeg moeten worden gericht om het kleine ruimtevaartuig te richten - en hoe ruimtetuigen die klein zijn in staat zullen zijn terug naar de aarde te zenden. Het zou ook de bouw van een grote omlooplaser vereisen, die na verschillende lanceringen rendabel zou worden.

Johnson ziet ook de routekaart van Lubin als een stap in de richting van interstellair reizen, wat heel logisch is.

"Er zijn manieren waarop je het kunt doen met laserzeilen, antimaterie-aandrijving, een fusiondrive, maar ze zullen allemaal afhankelijk zijn van ruimteschepen van traditionele grootte en echt, echt grote infrastructuren die we gewoon niet hebben of niet zullen hebben tot de volgende eeuw, "vertelde Johnson aan ProfoundSpace.org. "Dit is er een die mogelijk kan worden gedaan met een infrastructuur die net iets groter is dan die van ons, wat betekent dat het misschien niet zo ver weg is."