Vid University of California, Santa Barbara, arbetar forskare med UCSB Experimental Cosmology Group (ECG) för närvarande på sätt att uppnå drömmen om interstellär flygning. Under professor Philip Lubins ledning har gruppen ägnat en avsevärd ansträngning för att skapa ett interstellärt uppdrag bestående av ljusstyrt segelfartyg och ett rymdskepp för rånsskala (WSS) ”wafercraft”.
Om allt går bra, kommer detta rymdskepp att kunna nå relativistiska hastigheter (en del av ljusets hastighet) och komma till det närmaste stjärnsystemet (Proxima Centauri) inom våra liv. Nyligen uppnådde EKG en stor milstolpe genom att framgångsrikt testa en prototypversion av deras wafercraft (alias "StarChip"). Detta bestod av att skicka prototypen via ballong in i stratosfären för att testa dess funktionalitet och prestanda.
Lanseringen genomfördes i samarbete med USA: s marinakademi i Annapolis den 12 april, 2019. Detta datum valdes för att sammanfalla med 58-årsjubileet för den ryska kosmonaut Yuri Gagarins orbital rymdfärd, vilket gjorde honom till den första människan som gick ut i rymden . Testet bestod av att lansera prototypen ombord på en ballong till en höjd av 32 000 m (105 000 fot) över Pennsylvania.
Som professor Lubin förklarade i en intervju med UCSB: s Nuvarande:
"Det är en del av en process för att bygga för framtiden, och på vägen testar du varje del av systemet för att förfina den. Det är en del av ett långsiktigt program för att utveckla miniatyr rymdfarkoster för interplanetära och så småningom för interstellär flygning. "
Idén bakom StarChip är enkel. Genom att dra nytta av framstegen när det gäller miniatyrisering kunde alla nödvändiga komponenter i ett utforskande uppdrag monteras på ett rymdskepp av storleken som en mänsklig hand. Segelkomponenten bygger på konceptet solsegla och utvecklingen med lätta material; och tillsammans lägger de till ett rymdskepp som kan accelereras upp till 20% ljusets hastighet.
För denna flygs skull satte forskarteamet som skapade det StarChip genom en serie tester utformade för att mäta dess prestanda i rymden och förmågan att utforska andra världar. Förutom att se hur det passade i jordens stratosfär (tre gånger högre än det operativa taket för flygplan) samlade prototypen mer än 4000 bilder av jorden. Som Nic Rupert, en utvecklingsingenjör i Lubins labb, förklarade:
”Det var designat för att ha många av funktionerna i mycket större rymdskepp, såsom avbildning, dataöverföring, inklusive laserkommunikation, attitydbestämning och magnetfältavkänning. På grund av de snabba framstegen inom mikroelektronik kan vi krympa ett rymdskepp till ett mycket mindre format än vad som har gjorts tidigare för specialiserade applikationer som vårt. ”
Medan StarChip presterade felfritt på denna flygning, finns det några massiva tekniska hinder framöver. Med tanke på de inblandade avstånden - 4,24 ljusår (40 biljoner km; 25 biljoner mil) - och det faktum att rymdskeppet kommer att behöva nå en bråkdel av ljusets hastighet, är de tekniska kraven skrämmande. Som Lubin sa:
”Vanlig kemisk framdrivning, som den som tog oss till månen för nästan 50 år sedan till dagen, skulle ta nästan hundra tusen år för att komma till närmaste stjärnsystem, Alpha Centauri. Och till och med avancerad framdrivning som jonmotorer skulle ta många tusentals år. Det finns bara en känd teknik som kan nå de närliggande stjärnorna inom en mänsklig livstid och som använder sig själv som framdrivningssystem. "
En av de största utmaningarna vid denna tidpunkt är att bygga en jordbaserad laseruppsättning som skulle kunna påskynda laserseglet. "Om du har en tillräckligt stor laseruppsättning kan du faktiskt skjuta skivorna med ett lasersegel för att nå vårt mål om 20 procent av ljusets hastighet," tilllade Rupert. "Då skulle du vara på Alpha Centauri om något som 20 år."
Sedan 2009 har UCSB Experimental Cosmology Group forskat och utvecklat detta koncept som en del av ett NASA Advanced Concepts-program som heter Starlight. Sedan 2016 har de fått stort stöd från Breakthrough Initiatives (det ideella rymdutforskningsprogram som skapats av Yuri Milner) som en del av Breakthrough Starshot.
Istället för att skapa ett enda rymdskepp hoppas teamet att deras forskning kommer att leda till skapandet av hundratals och till och med tusentals rånfarkoster som kan besöka exoplaneter i stjärnstjärnor i närheten. Dessa rymdfarkoster skulle undanröja behovet av drivmedel och skulle kunna göra resan inom några decennier snarare än århundraden eller årtusenden.
I detta avseende skulle dessa rymdskepp kunna avslöja om det finns liv utanför Jorden under våra liv. En annan intressant aspekt av UCSB-projektet är att skicka liv från jorden till andra exoplaneter. Specifikt tardigrader och nematoden c.
Denna aspekt av deras plan är inte till skillnad från förslaget från Dr. Claudius Gros från Goethes universitets institut för teoretisk fysik. Lämpligt benämnd "Project Genesis" kräver förslaget rymdskepp som drivs med riktad energi för att resa till andra stjärnsystem och fröa alla "övergående beboeliga" exoplaneter som finns där. Kort sagt, livet skulle få ett hoppstart på planeter som är bebodda men inte bebodda.
Som David McCarthy, en doktorand vid institutionen för elektroteknik och datateknik vid UCSB, förklarade, att komma till den punkt där allt är möjligt är en mycket iterativ process. "Poängen med att bygga dessa saker är att veta vad vi vill inkludera i nästa version, i nästa chip," sade han. "Du börjar med komponenter utanför hyllan eftersom du kan iterera snabbt och billigt."
Med det här höjdprovet slutfört siktar UCSB-gruppen till en första suborbital-flygning nästa år. Samtidigt minskar framstegen inom kiseloptik och integrerad fotografik i skivskala - delvis tack vare forskning som bedrivs av UCSB: s el- och datateknikavdelning - kostnaderna för massproduktion av dessa lilla rymdfarkoster.
Förutom interstellär resor kan denna teknik underlätta snabba, billiga uppdrag till Mars och andra platser i solsystemet. Professor Lubin och hans medforskare har också spenderat flera år med att undersöka applikationer för planetförsvar mot kometer, mildra rymdskräp, öka jordomloppssatelliter eller fjärrstyra utposter från solsystemet. När det gäller riktad energi är möjligheterna verkligen häpnadsväckande.
