Starshot iekšienē ir drosmīgais plāns nošaut mazus kuģus uz Alpha Centauri

Fotogrāfija ar Filipu Lubinu pastaigājoties pa pludmali Mišela Groskopfa

Zvaigžņu kuģu konferences piesaista cerīgu pūli: pētniekus, izgudrotājus un hobijus, kurus sajūsmina ideja par kosmosa kuģu būvniecību, kas spēj lidot starp zvaigžņu sistēmām. Satraukums šajās sanāksmēs var radīt sajūtu, ka viss ir iespējams, bet arī tā, it kā nekas nav iespējams. Daudzas no piedāvātajām shēmām ir pārāk neskaidras, un tajās gandrīz vienmēr ir pārāk daudz tehnoloģisko trūkumu, ko aizpildīt.

2015. gadā Filips Lubins, kosmologs no Kalifornijas Universitātes Santabarbarā, uzstājās 100 gadu zvaigžņu kuģu simpozijā Santaklārā. Viņš izklāstīja savu plānu izveidot tik jaudīgu lāzeru, lai tas varētu paātrināt mazus kosmosa kuģus līdz 20% no gaismas ātruma, nogādājot tos Alpha Centauri tikai 20 gadu laikā. Mēs varētu kļūt par starpzvaigžņu pētniekiem vienas paaudzes laikā. Tas bija diezgan āķis.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2019. gada jūlija numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Tā kā Lubins ir lielisks publiskais runātājs, un tā kā pamatā esošās tehnoloģijas jau pastāvēja un zinātne bija pamatota, viņš pēc sarunas tika mobīts. Viņš arī pirmo reizi tikās ar Pītu Wordenu, bijušo NASA Eimsas pētniecības centra pētniecības direktoru. Wordens nesen bija pārņēmis Krievijas tehnoloģiju miljardiera Jurija Milnera finansētās bezpeļņas programmas Breakthrough Initiatives vadītāju. Pēc sešiem mēnešiem Lubinas projektam bija 100 miljonu ASV dolāru finansējums no Breakthrough un Stīvena Hokinga apstiprinājuma, kurš to nosauca par nākamo lielo lēcienu kosmosā.

Starshot ir vienkāršs, vismaz teorētiski. Pirmkārt, izveidojiet milzīgu mēreni jaudīgu lāzeru klāstu. Savienojiet tos kopā — to sauc par fāzes bloķēšanu, lai izveidotu vienu staru kūli ar līdz pat 100 gigavatu jaudu. Virziet staru uz ļoti atstarojošām gaismas burām, kas piestiprinātas kosmosa kuģiem, kas sver mazāk par gramu un jau atrodas orbītā. Ieslēdziet staru kūli uz dažām minūtēm, un fotonu spiediens uzspridzinās kosmosa kuģi relatīvā ātrumā.

Lubinas UC Santa Barbara laboratorijā eksperimentālā kosmoloģijas grupa pēta agrīno Visumu. Apvienojot Lubina pētījumus par virzītu enerģiju ar citām kaislībām, piemēram, dzinējspēku, Starshot ir palīdzējis atklāties. Ms Tech / oriģinālie fotoattēli: Michelle Groskopf

Ne tikai šādu tehnoloģiju varētu izmantot, lai nosūtītu sensorus uz citu zvaigžņu sistēmu; tas varētu nosūtīt lielākus kuģus uz Zemes kaimiņu planētām un pavadoņiem. Iedomājieties sūtījumu uz Marsu pēc dažām dienām vai apkalpes misiju uz Marsu mēneša laikā. Starshot efektīvi samazina Saules sistēmu un galu galā arī galaktiku.

Tas ir fantastiski. Un arī sapnis. Vai pārdošanas piķis. Vai arī ilgtermiņa, tāls projekts, ko nevar uzturēt pietiekami ilgi, lai tiktu uzbūvētas neesošas tehnoloģijas.

Lubinam ir 66 gadi. Viņš staigā ātri, un viņa biezie mati un pilnā bārda ir tumši. Kad šī gada aprīlī devos viņu satikt Santabarbarā, viņš man teica, ka ir bijis nopietns bērns, kuru satrauca pasaules realitāte. Viņš meklēja mierinājumu matemātikā un zinātnēs, jo viņam tās šķita skaistas. Man patika skola, viņš paskaidro. Agrāk visu laiku mācījos. Man tas bija kā atpūta: brauc ar velosipēdu uz bibliotēku un apēd grāmatas.

Tomēr viņš negaidīja, ka ies akadēmisku ceļu — tas nešķita iespējams. Viņa ģimene augstu vērtēja izglītību, bet tēvs lietuvietis, kurš strādāja par pasta vedēju, pat vidusskolu nebeidza. Viņa krievu izcelsmes māte bija sekretāre. Viņš saka, ka es uzaugu ar internalizāciju, ka koledža bija domāta citiem cilvēkiem. Tomēr pēc Losandželosas skolas konsultanta pamudinājuma viņš apmeklēja kopienas koledžu; skolotāji pamudināja viņu pāriet uz UC Berkeley. Un tur viņa profesori mudināja viņu pieteikties augstskolā. Galu galā viņš nokļuva Hārvardā. Kad es uz to atskatos, viņš saka: es biju pilnīgs stulbums.

Šodien Lubins ir kosmologs. Lielāko savas karjeras daļu viņš ir būvējis iekārtas, lai izmērītu Visuma fona starojumu, taču viņa zinātniskās un tehniskās intereses ir dažādas. Tieši aizsardzības tehnoloģiju konferencē, runājot par lāzeru izmantošanu, lai aizsargātu Zemi pret ienākošajiem asteroīdiem un komētām, viņš pirmo reizi nāca klajā ar ideju par Starshot.

Mišela Groskopfa

Viņš man arī stāsta par citu apsēstību: dzinējspēku. Lielākā daļa raķešu mūsdienās darbojas ar šķidro degvielu, līdzīgi kā tad, kad Vācija Otrā pasaules kara laikā izgudroja V2. Salīdzinājumam, pēdējo 75 gadu laikā skaitļošanā ātrums ir palielinājies triljonus reizes. Vai nebūtu jauki, ja dzinējspēks varētu virzīties šādi? saka Ļubins. SLS — NASA īpaši smagā raķete, kas jau ir izmaksājusi 12 miljardus USD un joprojām nav gatava – varētu maksāt mazāk par santīmu.

Lubinas laboratorijās UC Santa Barbara ir pārblīvēta noliktava, kas šķiet raksturīga eksperimentālās fizikas iestatījumiem: milzīgas optiskās šķiedras spoles, osciloskopu statīvi, instrumentu kastes, shēmas plates. Viens skapis šķīdinātājiem, cits uzkodām.

Kad mēs staigājam pa laboratorijām, viņš ātri atzīst, ka Starshot joprojām saskaras ar daudzām problēmām. Piemēram, vēl nav pietiekami jaudīga lāzera, lai veiktu šāda veida spridzināšanu. Nav vieglu buru, kas varētu uzņemt šādu staru, neizdzēšot. Ceļojumam nav mazāk par gramu sveru kosmosa kuģu, un paliek jautājumi par lāzera padevi un lāzera atrašanās vietu. Un tad ir tik spēcīga virzīta enerģijas avota izveides ētiskās un ģeopolitiskās sekas. Galu galā tas varētu būt arī ierocis.

Pie tāfeles pēcdoktorantūras pētnieks Pīters Krogans sāk man iepazīstināt ar šo problēmu risinājumiem. Vispirms: lāzera bloka izveidošana.

Mišela Groskopfa

Izaicinājums šeit ir izdomāt, kā noteikt frekvenci miljardiem lāzeru, katrs 10 centimetru diametrā, un stabilizēt tos, lai tos varētu apvienot vienā lielā starā. Vairāku staru bloķēšana kopā ļauj palielināt lāzera stiprumu līdz ierosinātajiem līmeņiem. Komandas pašreizējais darba plāns ir paredzēts masīvam, kas atrodas uz zemes, kas samazina izmaksas nekā tad, ja tas tiktu novietots orbītā, bet rada citus sarežģījumus, piemēram, atmosfēras traucējumu pārvarēšanu. Tam nepieciešama pie kosmosa kuģa piestiprināta bāka, kas sūta signālu atpakaļ caur atmosfēru, ļaujot uz zemes esošajiem lāzeriem fiksēt savu mērķi. Lai savienotu masīvu, Krogan strādā pie ligzdotas fāzes bloķēšanas, kur mazāks masīvs tiek sinhronizēts pirms nākamā slāņa iesēšanas masīvā utt. Ja tas var darboties diviem lāzeru slāņiem — to tiešajam izpētes mērķim, tad to varētu vienkārši izdarīt pieciem slāņiem, kas pēc simulācijas ir vislabākie 100 gigavatu staram.

Otrs lielais izaicinājums ir saules bura. Lai gan šī koncepcija pastāv jau vairākus gadu desmitus, tā tika veiksmīgi ieviesta tikai 2010. gadā, kad Japānas kosmosa kuģis Ikaros izmēģināja buru 14 metru (46 pēdas) kvadrātveida misijā ap sauli. Taču bura, kas spēj izturēt maigo saules fotonu spiedienu, krasi atšķiras no buras, kas spēj izturēt jaudīgāko jebkad uzbūvēto lāzeru — atšķirība starp to, vai ļauj aprīļa miglai trāpīt sejā, un to, ka tiek satriekta ugunsdzēsības šļūtene.

Lai to pārvaldītu, Starshot burai ir jābūt ārkārtīgi izturīgai, lai gan tai jābūt arī ārkārtīgi vieglai. Galvenais, skaidro Krogans, ir ļaut daļai no šīs jaudas izplūst cauri: buras materiālam jābūt caurspīdīgam un vienlaikus atstarojošam. Stikls ir viens no daudzsološākajiem kandidātiem, lai gan tā īpašības būtu jāpielāgo, lai sasniegtu perfektu atstarošanas un caurspīdīguma sajaukumu. Ideāls materiāls vēl ir jāizgudro, taču ir daži daudzsološi sasniegumi, saka Krogans.

Prashant Srinivasan ir viens no tiem, kas strādā ar lāzera dzinēja vafeļu mēroga kosmosa kuģiem, kas, pēc grupas cerībām, varētu sasniegt Alpha Centauri vienas paaudzes laikā. Mišela Groskopfa

Trešais lielais izaicinājums ir mazā kosmosa kuģa uzbūve. Pašreiz mazākie objekti, kas riņķo ap Zemi, ir kubosāti, kas ir 10 centimetri katrā pusē un sver aptuveni kilogramu. Lubinas komanda vēlas samazināt visu kuģi līdz mikroshēmas izmēram, ko viņi sauc par vafeļu mērogu. Viņi ir miniatūrizējuši prototipus sērkociņu burtnīcas un pat ceturtdaļas izmērā. Bet viņu labākie darba modeļi pašlaik sver aptuveni 100 gramus, kas joprojām ir 100 reizes pārāk smags Alpha Centauri misijai. Šķēršļi ietver elektronikas un fotonikas integrēšanu, padarot to spējīgu izturēt starojumu dziļā kosmosā, elektroenerģijas padeves samazināšanos, īpaši maza dzinēja dzinēja izstrādi… sarakstu var turpināt.

Bet, lai gan tehniskās problēmas ir reālas, galvenā atšķirība starp Starshot un daudziem citiem starpzvaigžņu projektiem ir tāda, ka tam nav nepieciešama jauna fizika vai pat pilnīgi jaunas tehnoloģijas. Kad Lubins izstrādāja ideju, viņš nosūtīja informāciju kolēģiem, lai viņi saņemtu atsauksmes. Viņi bija cilvēki, kas to saplēsa, viņš saka. Cilvēki, kuri nesaņem gūstekņus un kuriem nav žēlastības, ir pilnīgi ērti, sakot: 'Tu idiots!'... Es teicu: 'Lūdzu, iznīcini to, jo man ir apnicis strādāt pie tā.' Beigās visi, ar kuriem es runāju, teica. , 'Tam vajadzētu strādāt.'

Līdz brīdim, kad Breakthrough tehniskie eksperti pārbaudīja koncepciju, kontūra bija stabila. Vordens bija sajūsmā. Mēs visi bijām pārliecināti, ka šī bija pirmā patiešām ticamā starpzvaigžņu tehnoloģija, ko mēs varētu darīt mūsu dzīves laikā un kas būtu pieejama, viņš saka.

Un pat tad, ja visas problēmas netiks atrisinātas, ir vērts dažas no tām atrisināt, viņš saka. Piemēram, pilnībā spējīga kosmosa kuģa izstrāde, kas sver mazāk par gramu, būtu liela revolūcija. Cubesats daudzi atlaida tikai pirms dažiem gadiem; tagad ir to zvaigznāji. Viņš saka, ka mikroshēmas drīz nobriest un radīs revolūciju zinātnē un komunikācijā. Lēti, efektīvi lāzera bloki varētu būt noderīgi tādiem darbiem kā kosmosa atkritumu izstumšana. Vieglo buru attīstība ļautu mūsu pašu Saules sistēmas mikromēroga kosmosa kuģiem sasniegt citas planētas mēnešos, nevis gados. Tas mainīs mūsu izpratni par objektiem mūsu Saules sistēmā un dzīvības meklēšanu, saka Wordens. Un komerciāli tas būs ļoti vērtīgs, meklējot kosmosa resursus.

Tomēr ir viena problēma, ko nevar atrisināt ar tehnoloģijām: ģeopolitika. Lāzeri palīdzētu virzīt saules buras, saka Džoana Džonsone-Frīza, ASV Jūras kara koledžas nacionālās drošības lietu profesore, kura ir arī Breakthrough padomes locekle. Bet, kad jūs sākat runāt par lāzera izšaušanu, cilvēki kļūst ļoti nervozi.

Viņa norāda, ka starptautiskie līgumi, iespējams, nodrošinātu visplašāko un visizdevīgāko šāda jaudīga lāzera izmantošanu. Un kosmosa militārais potenciāls nav nekas jauns: šodien viss, ko Ķīna dara kosmosā, tiek uzskatīts par divējāda lietojuma veidu. Tas pats attiecas uz ASV, viņa saka. Ķīna varētu interpretēt visu, ko mēs darām, kā draudošu.

Viens no turpmākajiem virzieniem varētu būt izpētes demokratizācija. Vēsturiski kosmosā dominējušas ASV un citas lielvaras, taču Starshot to varētu atvērt valstīm, kurām nav piekļuves. Valsts, kas laidusi klajā mikroshēmu floti, varēja piekļūt sakariem, izpētei un komerciālai izlūkošanai, kas iepriekš nebija pieejamas. Tas ir rets projekts, kam ir tik lielas tehnoloģiskas, zinātniskas, komerciālas un ģeopolitiskas sekas.

Mišela Groskopfa

Tas prasa rūpīgu domāšanu un arī caurspīdīgumu un, iespējams, starptautisku sadarbību un sarunas ilgtermiņā, saka Lubins. Par laimi, mums ir nedaudz laika, jo mēs drīzumā neizvietosim.

Tātad, kad Starshot tiks realizēts? Viens no mērķiem ir nogādāt zondes uz Alpha Centauri līdz 2061. gadam, kas ir Jurija Gagarina novatoriskā orbitālā lidojuma 100. gadadiena. Tas ir tāls ceļš, gandrīz noteikti tālāk par Lubinas mūžu. Viņš saka, ka projektam būs iespēja tikai tad, ja cilvēki sapratīs, ka tas ir balstīts uz pagrieziena punktu, ceļojums ar daudziem punktiem ceļā.

Bet šis garais apvārsnis nozīmē, ka tam būs nepieciešama nauda. NASA iemaksas beidzās šogad. Cita nauda nākusi no anonīma filantropa. Un līdz šim Breakthrough finansējums vēl nav saņemts.

Mēs esam jauna organizācija, un mēs joprojām esam sākuma fāzē, saka Wordens, solot, ka nauda tiks iegūta pēc tam, kad būs pabeigtas sarunas starp universitātēm, darbuzņēmējiem un regulatoriem.

Tā ir mīkla, taču Lubina nebaidās no nelielas sarežģītības. Tieši par to ir viss šis darbs. Viņš saka, ka šī nav tikai vienreiz lietojama tehnoloģija. Tās nav tikai vafeles uz zvaigznēm. Tas ir kubosats uz Eiropu vai cilvēki ātri uz Marsu, vai spēja uzturēt kosmosa kuģi ilgāk orbītā zemā augstumā vai aizsargāt planētu no ārējiem draudiem, piemēram, asteroīdiem. Ja jūs nesaprotat visas šīs tehnoloģijas plašumu, tad jums trūkst pārveidošanas skaistuma, ko tā nodrošina.

Keita Grīna ir esejiste, dzejniece un bijusī lāzerfiziķe.

paslēpties