De droom om naar een ander sterrenstelsel te reizen, en misschien zelfs bevolkte werelden daar vinden, is er een die de mensheid al generaties lang bezighoudt. Maar pas in het tijdperk van de verkenning van de ruimte hebben wetenschappers verschillende methoden kunnen onderzoeken om een ​​interstellaire reis te maken. Hoewel er in de loop der jaren veel theoretische ontwerpen zijn voorgesteld, de laatste tijd is er veel aandacht voor laser-aangedreven interstellaire sondes.

De eerste conceptuele ontwerpstudie, bekend als Project Dragonfly, werd in 2013 georganiseerd door het Initiative for Interstellar Studies (i4iiS). Het concept riep op tot het gebruik van lasers om een ​​lichtzeil en ruimtevaartuig te versnellen tot 5 procent van de snelheid van het licht, en bereikte zo Alpha Centauri in ongeveer een eeuw. In een recente krant, een van de teams die deelnamen aan de ontwerpwedstrijd beoordeelde de haalbaarheid van hun voorstel voor een lichtzeil en magneetzeil.

De krant, getiteld "Project Dragonfly:Sail to the stars, " is onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Astra Astronautica . Het onderzoek werd geleid door Tobias Häfner, afgestudeerd aan de Université Paul Sabatier (UPS) Toulouse en een huidige systeemingenieur bij Open Cosmos Ltd. Hij werd vergezeld door leden van Oxford Space Systems, de Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), en AKKA Technologies.

Als het gaat om concepten van interstellaire missies, een van de grootste struikelblokken is altijd de reistijd geweest. Zoals we in een vorig artikel lieten zien, het zou ergens tussen de 1 en 000 tot 81, 000 jaar met behulp van de huidige technologie om bij Alpha Centauri te komen. Hoewel er verschillende theoretische methoden bestaan ​​die kortere reistijden kunnen bieden, ze omvatten ofwel fysica die nog moet worden bewezen of die onbetaalbaar zou zijn.

Vandaar de aantrekkingskracht van een lichtzeil, die profiteert van recente ontwikkelingen in miniaturisatie om een ​​kleiner en goedkoper ruimtevaartuig te creëren. Een ander voordeel, althans theoretisch is dat zo'n ruimtevaartuig kan worden versneld tot een fractie van de snelheid van het licht, en zou daarom de enorme afstand tussen ons zonnestelsel en de dichtstbijzijnde ster in een paar decennia of een enkele eeuw kunnen overbruggen.

Zoals opgemerkt, de i4iS – een vrijwilligersorganisatie die zich inzet om interstellaire ruimtereizen in de nabije toekomst mogelijk te maken – lanceerde in 2013 de eerste conceptuele ontwerpstudie voor lichtzeilen. In 2014 volgde een wedstrijd om een ​​ruimtevaartuig te ontwerpen dat in staat zou zijn om Alpha Centauri binnen 100 jaar bereiken met behulp van bestaande of kortetermijntechnologieën.

De vier finalisten presenteerden hun ontwerpen tijdens een workshop in de British Interplanetary Society in juli 2015. Het concept dat werd ingediend door het team van de Technische Universiteit van München won, die vervolgens een Kickstarter-campagne lanceerden om geld in te zamelen voor hun ontwerp. Het ontwerp ingediend door het team van de Universiteit van Californië, San Diego, is vervolgens uitgegroeid tot het ontwerp voor Breakthrough Starshot van Breakthrough Initiatives.

Hoofdauteur Hafner en zijn collega's maakten deel uit van team CranSEDS, die bestond uit ingenieurs en wetenschappers van de Cranfield University in het VK, het Skolkovo Instituut voor Wetenschap en Technologie (Skoltech) in Rusland, en UPS in Frankrijk. In deze laatste studie hij en enkele van zijn voormalige teamleden presenteerden hun missieconcept als onderdeel van een haalbaarheidsstudie.

Omwille van deze studie, ze hebben elk aspect van de missiearchitectuur van een lichtzeil overwogen. Dit varieerde van de grootte van het zeil, de materialen die zijn gebruikt om het te bouwen, de grootte van de laseropening, de positionering van de laser, het gewicht van het ruimtevaartuig, en de methode die door het ruimtevaartuig wordt gebruikt om te vertragen zodra het zijn bestemming nadert.

Uiteindelijk, de missie-architectuur die ze bedachten, riep op tot het gebruik van 100 GW aan laservermogen om een ​​​​ruimtevaartuig van 2750 kg (~ 6000 lbs) te versnellen tot 5 procent van de lichtsnelheid - wat resulteerde in een reistijd van ongeveer een eeuw naar Alpha Centauri. Het zeil zou bestaan ​​uit een monolaag van grafeen met een diameter van 29,4 km (18,26 mi), dus een laser nodig met een opening met een diameter van 29,4 km (18,26 mi).

Deze laser zou in de buurt van de zon worden geplaatst (ofwel op het Lagrange-punt aarde-zon L1 of in een baan om de maan) en zou worden aangedreven door enorme zonnepanelen. Om te vertragen, het ruimtevaartuig zou het lichte zeil overboord gooien en een magnetisch zeil inzetten dat bestaat uit metalen draden. Dit zeil zou een lusstructuur vormen met een diameter van ongeveer 35 km (22 mijl) en een gewicht van 1000 kg (2200 lbs).

Eenmaal ingezet, het magnetische zeil zou plasma van het interstellaire medium en zonnewind van Alpha Centauri onderscheppen om te vertragen en het systeem binnen te gaan. Deze architectuur, zij concluderen, een evenwicht zou bereiken tussen massa en snelheid, de missie toelaten om Alpha Centauri in iets meer dan 100 jaar te bereiken, en laat het bij aankomst wetenschappelijke operaties uitvoeren.

Zoals ze in hun onderzoek aangeven, dit type missiearchitectuur biedt veel voordelen, niet in de laatste plaats het feit dat een groter ruimtevaartuig meer instrumenten zou kunnen vervoeren en meer wetenschappelijke gegevens zou kunnen verzamelen dan een ruimtevaartuig op gramschaal (zoals bij Breakthrough Starshot's StarChip). Zoals ze concludeerden:

"Zowel [laser als magnetische zeilen] hebben het voordeel dat er geen drijfgas in het ruimtevaartuig hoeft te worden vervoerd... De missie is gebaseerd op technologieën die momenteel beschikbaar of in ontwikkeling zijn, maar zou uitgebreide verbeteringen nodig hebben om de vereiste ruimte-infrastructuur daadwerkelijk te bouwen ... Met een basislijn van een missie met meerdere ruimtevaartuigen, het lasersysteem wordt gedurende een redelijke periode gebruikt. Geleerde lessen en verzamelde gegevens van het eerste ruimtevaartuig kunnen worden gebruikt om de volgende te verbeteren."

Ze erkennen ook de uitdagingen die een dergelijke missie met zich mee zou brengen, waaronder de behoefte aan kilometergrote constructies in de ruimte. Dergelijke structuren zouden in een baan om de aarde moeten worden gebouwd, waarvoor eerst de ontwikkeling van orbitale fabricagefaciliteiten nodig zou zijn. En uiteraard, de laser en andere cruciale systemen zullen verder moeten worden verfijnd en ontwikkeld. Hoe dan ook, het concept, volgens hun studie, haalbaar en technisch verantwoord is.

Sommige, echter, hebben hun twijfels. Bijvoorbeeld, daar is dr. Claudius Gros, een theoretisch fysicus van het Instituut voor Theoretische Fysica van de Goethe-universiteit Frankfurt. Gros is al lang voorstander van het gebruik van laserzeiltechnologie om een ​​interstellair ruimtevaartuig te bouwen. en heeft theoretisch werk verricht over het gebruik van magnetische zeilen om zo'n ruimtevaartuig te vertragen.

Hij is ook de oprichter van Project Genesis, een voorstel om door lasers aangedreven ruimtevaartuigen, uitgerust met genfabrieken of cryogene pods, naar andere sterrenstelsels te sturen, waar ze microbieel leven zouden verspreiden naar "tijdelijk bewoonbare exoplaneten - d.w.z. planeten die leven kunnen ondersteunen, maar zullen er waarschijnlijk niet zelf toe leiden. Zoals hij via e-mail aan Universe Today uitdrukte:

"Wat betreft de vertraging met een magnetisch veld, dat is binnen de veronderstelde parameters eigenlijk niet mogelijk. Er zou een magnetisch zeil van honderden tonnen nodig zijn om het werk te doen als het vaartuig met 5 procent van de lichtsnelheid vaart en binnen 20 jaar tot stilstand moet komen. zoals verondersteld in het huidige document. Om zo'n zwaar vaartuig te versnellen, er zouden veel sterkere lanceersystemen nodig zijn."

Het concept van het gebruik van lasers of zonnezeilen om interstellaire missies uit te voeren heeft diepe wortels. Echter, het is pas in de afgelopen jaren dat de inspanningen om zo'n ruimtevaartuig te creëren echt zijn samengekomen. Momenteel, er zijn veel concepten die verschillende missiearchitecturen bieden, die allemaal hun deel van de uitdagingen en voordelen hebben.

Met meerdere voorstellen die nu in ontwikkeling zijn - waaronder het voorstel van Haefner en zijn collega's, het Dragonfly-concept van de ii4S en Breakthrough Starshot – het zal zeer interessant zijn om te zien welke (indien aanwezig) van de huidige lichtzeilconcepten de komende decennia zullen proberen de reis naar Alpha Centauri te maken.

Zal het er een zijn die er binnen ons leven komt, of een die in staat is om meer wetenschappelijke gegevens terug te sturen? Of zou het een combinatie van de twee kunnen zijn, een soort deal op korte/lange termijn? Moeilijk te zeggen. Het punt is, de droom van het opzetten van een interstellaire missie zal misschien niet lang meer een droom blijven.