5 Big Mga Tanong Tungkol sa Starshot Nanocraft Technology

Noong Martes, ang Russian billionaire na si Yuri Milner at ang mga bantog na astrophysics na si Stephen Hawking ay nag-anunsiyo ng kanilang $ 100 milyon na plano upang pag-aralan ang Alpha Centauri, ang pinakamalapit na star system sa Earth (isang lamang 4.37 light years ang layo). Ang layunin, kabilang ang maraming iba't ibang mga pang-agham na pagsisiyasat, ay karaniwang makikita kung ang mga dayuhan ay umiiral sa leeg na iyon ng kakahuyan, o sa pinakamaliit kung may anumang mga planeta o mga buwan sa sistema na may kakayahang suportahan ang buhay.

Tinawag ang Breakthrough Starshot, ang proyektong ito ay binubuo ng pagpapadala ng ultra-lightweight na spacecraft (tinatawag na "StarChips") sa kanilang paraan sa Alpha Centauri na dala ng isang lightsail na itinutulak ng 100 gigawatt light beam.

Ito lamang ang dulo ng malaking bato ng yelo. Ang buong plano ay nagmumula sa alinman sa baliw na henyo, o simpleng baliw. Gayunpaman, ang mas maraming paghukay mo, mas lalo at mas mukhang ang plano ni Milner at ng kanyang crew ay maaaring magagawa.

Ito ay dahil ang teknolohiya na ipinapanukala nila ay hindi talaga malayo sa larangan ng posibilidad. Ito ay tiyak na umaabot sa imahinasyon, ngunit hindi ito masira. Sinusubukan na ang mga teknolohiya ng lightsail sa pamamagitan ng maraming mga grupo ng pananaliksik, kabilang ang isa na inorganisa ni Bill Nye. Ang pagtaas sa CubeSats bilang isang mahusay na laki, murang paraan ng pagsasagawa ng espasyo sa pananaliksik ay talagang ipinakita kung magkano ang maaaring makuha sa pamamagitan ng paglikha ng mas maliit, mas magaan na spacecraft. Ang mga nanocraft na itinayo ng Starshot ay isang lohikal na hakbang lamang sa direksyong iyon.

Still, may marami ng mga katanungan na mananatiling tungkol sa kung paano ang impiyerno Milner, Hawking, at kahit Facebook founder Mark Zuckerberg (isang mamumuhunan) ay pagpunta sa pull off ito. Narito ang limang pinakamalaking tanong tungkol sa teknolohiya ng nanocraft at ang sistema ng pagsisimula ng light beam - at ilang mga sagot na maaaring magbigay ng ilang pananaw.

Banayad na Beam bilang isang pagpapaandar teknolohiya - mangyaring ipaliwanag!

Ang mga plano ng Starshot na ilunsad ang mga sanggol na nanocraft ay hindi gumagamit ng gasolina at apoy - gumagamit ito ng liwanag at lasers. Ang mga high-powered, focused lasers ay isang pinagmumulan ng intriga para sa mga engineer ng pagpapaandar sa mga dekada na ngayon, ngunit kamakailan lamang na maaari nating wakasan ang paggamit ng naturang teknolohiya sa maraming mga application - kabilang ang paglipat ng mga labi ng orbital sa landas ng mga kritikal na satellite. Pagkatapos ng lahat, ang ilaw ay isang enerhiya na may kakayahang gumamit ng puwersa sa isang sistema.

Iyon ang susi salita, bagaman: naglihi. Mayroon pa kaming aktwal na bumuo ng isang laser beam na maaaring mabaril ng isa pang bagay sa puwang sa pamamagitan ng manipis na puwersa ng photons. Ang mga siyentipiko ay nagtatrabaho sa mga hybrid na pagpapaandar na mga teknolohiya na gumagamit ng mga lasers na may kumbinasyon na may higit na maginoo na pamamaraan, ngunit hindi bilang nag-iisang propellant.

Maaaring sinasabi mo, "ngunit kung paano ang isang solar sail ay dapat na magtrabaho sa espasyo?" Buweno, ang teknolohiya ng solar sail ay nanawagan sa paggamit ng mga photon na ginawa ng mga sinag ng araw upang pasulong ang layag (at ang spacecraft) pasulong. Ang layag ay nakakakuha sa espasyo ng ol 'fashioned paraan bagaman: Rockets.

Sinasabi ng Starshot na ang isang light beamer - isang hanay ng mga lasers na itinatag sa isang kilometro-malawak na sukat - maaaring potensyal na magbigay ng hanggang sa 100 gigawatts ng beamed enerhiya. Hindi namin gagamitin ang isang ultra-malaki na laser, ngunit sa halip maraming mga mas maliit na mga. Marahil milyun-milyon, o daan-daang milyong.

Puwede bang maging sapat na puwersa upang makuha ang mga nanocraft sa labas ng kapaligiran ng Earth at gravitational pull? Siguro. Iniisip ni Milner Starshot ay isang mas mahusay na pagkakataon sa pamamagitan ng pag-set up ng paglunsad pad sa isang mataas na altitude na kapaligiran, tulad ng Disyerto ng Atacama. (Narito ang apat na mungkahi na ginawa namin ngayon.) Ito ay medyo tuyong sapat na upang mabawasan ang posibilidad na ang singaw ng tubig ay maaaring magtayo at lumikha ng dagdag na timbang sa spacecraft o hadlangan ang puwersa ng laser habang itinutulak nito ang spacecraft.

Kung magaling ang lahat, ang mga probes ay papunta sa Alpha Centauri sa 100 milyong milya bawat oras, at maabot ang sistema sa loob ng 20 taon.

Ang mga Lightsail ay sobrang manipis at sobrang pinong. Paano nakasalalay ang bagay na ito sa paglulunsad? Paano ito dapat na makaligtas sa mga bato at dust na umiikot sa paligid ng espasyo para sa dalawampung taon?

Ang isang lightsail ay ginawa ng isang ultra-manipis na "metamaterial (isang catchall term na tumutukoy sa mga pang-eksperimentong materyales) na dinisenyo upang kunin ang mga paparating na photons mula sa isang liwanag pinagmulan at gamitin ang mga ito bilang isang lakas ng presyon na gets exerted sa layag mismo. Bilang isang resulta, ang layag ay maaaring sumulong at kahit na mapabilis sa mas mataas na bilis.

Tulad ng aking nabanggit, ang mga ilaw ay hindi bago. Ang Bill Nye at ang Planetary Society ay nagtatrabaho sa isang proyekto ng lightsail na naglalayong patunayan ang posibilidad ng pagiging posible ng isang teknolohiya bilang isang cost-effective na spacecraft propulsion design. Inilunsad ng NASA ang Near-Earth Asteroid Scout (NEA Scout) sa 2018 sakay Orion para sa inaugural mission para sa Space Launch System, na gagawanan nito sa malapit na asteroid sa pamamagitan ng isang napapalawak na solar sail.

Ang parehong mga lightsails tumakbo sa parehong problema ng colliding sa interstellar dust at mga labi na maaaring sundutin butas sa layag at derail ang buong bagay. Iyon ay isang medyo natatanging posibilidad, ngunit ito ay limitado sa pamamagitan ng isang pares ng mga pagsasaalang-alang.

Una: puwang ay malaki. Maraming mga piraso ng bagay na lumulutang sa paligid, ngunit hindi ito tulad ng dito sa Earth kung saan ang mga particle sa hangin ay nasa lahat ng dako namin turn. Ang mga bagay sa kalawakan ay hiwalay ang mga milya - kasing dami ng 10 hanggang sa milyun-milyon, ngunit ang mga milya gayunman. Ang posibilidad ng paghagupit ng isang bagay - habang totoong - ay medyo malayo pa rin.

Pangalawa, ang mga ito sails ay partikular na dinisenyo upang manatiling medyo solid sa ilalim ng pinsala. Kunin ang NEA Scout, halimbawa. Nasuri na ng NASA kung gaano kahusay ang mga lightsail nito upang mapanatili ang estruktural integridad kahit na ito ay hit sa ilang mga piraso ng basura junk dito at doon. Hangga't walang pinsala sa kapahamakan (tulad ng, sabihin, isang asteroid ang laki ng Texas barreling sa spacecraft), ang NEA Scout ay maaari pa ring sumulong at magpakilos mismo sa mga utos mula sa NASA.

Ang Starshot nanocrafts ay dapat makipaglaban din sa mga problemang ito. Ang kanilang mga lightsails ay hinuhulaan upang umabot sa isang bagay sa sukat ng ilang metro, kaya sila ay medyo maliit. Ngunit ang mga ito ay lamang ng ilang daang atoms makapal, at magkaroon ng isang masa ng tungkol sa isang gramo. Ang mga ito ay sapat na maliit upang maiwasan ang halos lahat ng uri ng paparating na bilang ng mga bagay na lumulutang sa paligid ng espasyo - ngunit sa mga kapus-palad na mga posibilidad na matatamaan sila, ang buong spacecraft ay malamang na pupuksain. At alam nating walang kinalaman tungkol sa dust content sa Alpha Centauri.

Ngunit mayroong isang malaking problema ang nanocraft nag-iisa ay may pakikitungo sa - hindi bumabagsak bukod sa panahon ng light beam launch. Ang layag ay inaasahan na ma-hit sa pamamagitan ng isang sinag na halaga sa tungkol sa 60 beses ang sikat ng araw na hit Earth sa anumang naibigay na sandali. Ang layag ay kailangang hindi lamang itago mula sa natutunaw, kundi pati na rin ang pamahalaan upang makakuha ng espasyo nang walang pagkuha ng rip sa mga shreds ng mga pwersa ng atmospera. Ang isang tinatayang isang bahagi sa 100,000 ng laser ay higit pa sa sapat upang maglaho ang layag. Hindi pa ito nagawa. Walang nagsasabi kung magkano ang pagsubok ng mga proyekto ng Starshot ay kailangang magsagawa bago makuha ang bahaging ito ng tama.

Paano gumagana ang StarChip? Anong mga uri ng data ang dapat itong mangolekta?

Ang StarChips - na itinayo sa isang sukat ng isang gramo at maaring magkasya sa palm ng isang kamay - ay hindi ang state-of-the-art na sistema na tulad ng Curiosity rover o ang Kepler Space Telescope ay nagtutulungan sa amin sa pag-aaral ng iba't ibang mga mundo sa espasyo. Sila ay magiging napaka basic. Ang layunin ay ilagay ang apat na camera (dalawang megapixel bawat isa) sa maliit na tilad na magpapahintulot para sa ilang mga napaka elementarya imaging ng Alpha Centauri at ang iba't ibang mga planeta at mga buwan ng sistema.

Na ang data ay ipinapadala pabalik sa Earth gamit ang isang maaaring iurong meter-mahaba ang antena, o marahil kahit na gamit ang lightsail upang mapabilis ang laser-based na komunikasyon na maaaring tumutok ng isang signal pabalik patungo sa Earth.

Tila karaniwang pamantayan. Ano ang eksaktong mga larawan na dapat ipakita sa amin?

Doon ay namamalagi ang isa pang hindi kilala. Kapag tinitingnan ng mga astronomo ang potensyal ng iba pang mga mundo na matitirahan, tinitingnan nila ang isang laking iba't ibang data, mula sa temperatura ng planeta, komposisyon, distansya mula sa kanilang host star, mga palatandaan ng kasalukuyang kapaligiran - at higit pa. Ang isang pulutong ng mga bagay na ito ay masusukat lamang sa iba't ibang uri ng mga camera na maaaring makita sa kabuuan ng electromagnetic spectrum. Ang nanocrafts sa puntong ito ay tumatakbo sa mga camera na hindi masyadong iba sa kung ano ang ginagamit namin sa aming mga smartphone. Iyan ay nakatutulong para sa tunay na pag-unawa kung ang isang planeta o buwan ay makapagpapatuloy sa anumang uri ng buhay, o nagpapakita ng mga palatandaan ng buhay.

Gayunpaman, kapag isinasaalang-alang mo ang layunin ay upang magpadala ng maramihang maliit na spacecraft sa isang malayong sistema na maramihang liwanag-taon ang layo sa ilalim ng dalawang dekada, kailangan mong i-cut gastos sa isang lugar.

Kahit na ang bagay na ito ay nakasalalay sa paglalakbay sa Alpha Centauri, paano ito dapat na mabuhay ng sapat na katagalan upang mangolekta ng sapat na kapaki-pakinabang na data?

Ang kahabaan ng buhay ay mahalaga sa mga proyekto ng Starshot. Ang nanocraft ay kailangan upang manatiling may kapangyarihan para sa ilang mga dekada upang talagang mag-tap sa kanilang buong potensyal na pananaliksik. Upang magawa ito, ang inisyatibong Breakthrough ay nagmumungkahi ng isang onboard enerhiya na pinagmulan batay sa plutonium-238 o Americium-241, na tumitimbang ng hindi hihigit sa 150 milligrams.

Talaga, dahil ang decaying plutonium o Americium isotope, sisingilin nito ang isang ultra-kapasitor na naglilipat sa mga sangkap ng StarChip na kinakailangan para mag-snap up ng mga larawan at pagpapadala ng mga ito pabalik sa Earth. Ang isang pinagmumulan ng thermoelectric enerhiya ay maaari ding ipatupad upang samantalahin ang mga nanocraft frontal ibabaw na temperatura tumataas bilang nagsisimula ito upang lapitan ang mga atmospheres ng iba pang mga mundo.

Photovoltaics - nagiging liwanag ng araw sa enerhiya - ay din sa ilalim ng pagsasaalang-alang. Ang isang solar prototype sa barko na sinubukan ng Japan mga anim na taon na ang nakalilipas, IKAROS, ay pininturahan ang ibabaw ng kanyang solar sail sa isang photovoltaics. Ito ay hindi praktikal kapag ang nanocraft sa wakas ay gumagawa ng mga hangganan ng solar system, ngunit maaaring maging kapaki-pakinabang para sa tagal na iyon upang makatipid ng higit pang lakas ng baterya.

Ang malaking tanong ay kung maaari mong panatilihin ang mga murang materyales na maaaring mabuhay sa loob ng 20 hanggang 50 taon. Sa isang ideal na sitwasyon, kung ano ang marahil mas malamang na mangyari ay ang bawat nanocraft ay inaasahan lamang na mangolekta ng data para sa isang medyo maikling span ng oras - mga ilang buwan. Kung ang Milner at kumpanya ay talagang naka-set sa mass paggawa ng mga bagay na ito, pagkatapos ay dapat na sila ay walang problema sa pagpapadala ng isang bungkos sa bawat direksyon upang galugarin hangga't maaari nila tungkol sa Alpha Centauri. Ang pag-asa sa bawat isa na magpapatakbo sa mga taon sa pagtatapos ay medyo hindi praktikal kung hindi tayo maaaring direktang mamagitan at ilipat ang kanilang mga paggalaw sa mga bagong direksyon.

Gastos

Ang ipinahayag na layunin ni Milner ay ang gumawa ng bawat nanocraft para sa tungkol sa gastos na kinakailangan upang bumuo ng isang iPhone. Ang bawat SmartChip at lightsail combo ay dapat na hindi hihigit sa ilang daang dolyar - at ang layunin ay upang mapanatili ang pagdaragdag ng mas mahusay na mga teknolohiya habang nagiging mas mababa at mas mura sa mga nakaraang taon.

Sa katunayan, ang pinakamahal (at arguably hindi gaanong magagawa) na bahagi ng proyektong ito ay ang light beam. Nag-uusap kami tungkol sa 100 gigawatts ng kapangyarihan sa loob ng dalawang minuto upang sunugin ang sumpain na bagay. Ang isang solong gigawatt ay maaaring kapangyarihan 700,000 mga tahanan. Kaya sapat na para sa 70,000,000 mga tahanan.

Iyan ay sapat sa kapangyarihan upang mapanatili ang maramihang mga maliliit na bansa pagpunta. Iyon ay 100 beses ang halaga na ginawa ng isang tipikal na nuclear power plant. Ito ay boggling sa kahit fathom kung paano sila ay pagpunta sa magtipon ito magkano ang enerhiya sa isang lugar upang ilunsad ang isang bungkos ng nanocrafts out sa espasyo.

Ang kabuuang halaga ng isang lightbeam firing coud ay, ayon sa isang commenter sa website ng Breakthrough, $ 70,000.

Oo, makikita natin ang tungkol sa …