211service.com
Femto-romfartøy kan reise til Alpha Centauri
I fjor kunngjorde et lite team av astronomer oppdagelsen av en jordlignende planet som kretser rundt den røde dvergstjernen Proxima Centauri, en av våre nærmeste naboer i Alpha Centauri-systemet. Denne eksoplaneten, kalt Proxima Centauri b, sitter i den beboelige sonen rundt verten. Alt vann der bør eksistere i flytende form, noe som gjør denne planeten til en viktig kandidat i jakten på utenomjordisk liv.
Følgelig har Proxima Centauri b skapt intens interesse. Det er omtrent 40 billioner kilometer fra Jorden, en avstand lyset reiser på litt over fire år. Et romfartøy som reiser med omtrent en tiendedel av lyshastigheten kan ta turen om omtrent 50 år.
Og det reiser et interessant spørsmål. Er det mulig å bygge et romfartøy som vi kan sende til Proxima Centauri innenfor livet til mennesker som lever i dag?
I dag får vi et slags svar, takket være arbeidet til Andreas Hein og venner ved Institute for Interstellar Studies i London, Storbritannia. Disse karene har utarbeidet planer for et romfartøy på gramstørrelse som kan klare reisen, utstyrt med en suite på instrumenter som kan gjøre rudimentære observasjoner av stjernesystemet og sende resultatene tilbake til jorden. De kaller femto-romfartøyet sitt for Andromeda-sonden og sier at det kan være på vei til Proxima Centauri, og dets søsterstjerner, om bare noen få år.
Men det er et forbehold. Mens noen av teknologiene som kreves for denne reisen er tilgjengelige nå eller i nær fremtid, er andre mye mer spekulative.
Den grunnleggende designen er grei. Andromeda-sonden er i hovedsak den oppskrudde innmaten til et smarttelefonkamera. Den består av et svart-hvitt 12 megapiksel kamera, et objektiv, noen treghetssensorer og et magnetometer. Den har også et atombatteri, rudimentær styring og et kommunikasjonssystem. Den totale massen til det foreslåtte romfartøyet er 23 gram, sier Hein og co.
Og den drives frem av laserlys. Ideen, en som flere andre har utforsket før, er å utstyre Andromeda-sonden med et lett seil og akselerere den mot Proxima Centauri på spissen av en enormt kraftig laserstråle. Denne laseren vil sitte i jordbane med en kontinuerlig effekt på 15 gigawatt.
Hein og co gir en grundig oversikt over teknologiutfordringene som er involvert i å bygge et slikt romfartøy (om ikke lasersystemet).
En av de mest kritiske utfordringene er deep space navigation. Mye av sondens navigasjonsnøyaktighet vil avhenge av pekenøyaktigheten til laseren. Teamet sier at nanoradisk nøyaktighet ville gjøre susen, og at flere nåværende romfartøy har lignende krav. James Webb-teleskopet, for eksempel, har en pekenøyaktighet på 24 nanoradianere.
Men romfartøyet vil fortsatt måtte gjøre mindre justeringer fra tid til annen. Og dette vil bare være mulig hvis den vet hvor den er med høy nøyaktighet. Dette kan gjøres ved å bruke det innebygde kameraet og treghetssensorer for stjernesporing, men det er fortsatt en utfordrende oppgave.
Romfartøyet må også orientere seg og spore objekter nøyaktig. Reiser med 0,1 lyshastighet, vil romfartøyet passere gjennom Proxima Centauri-systemet i løpet av omtrent seks dager. I løpet av den tiden må den ta så mange bilder og andre observasjoner som den kan klare.
Så romfartøyet må spore målene sine og peke seg mot dem med høy nøyaktighet, ellers vil bildene være ubrukelige. Og det vil måtte gjøre dette autonomt, fordi den åtteårige tiden for kommunikasjon setter alvorlige begrensninger for hvilken hjelp bakkekontroll kan gi.
Hein og co identifiserer ulike måter å peke romfartøyet på og endre orienteringen på. Avgjørende er at flere av disse ikke krever interne strømkilder. En idé er å endre reflektansen til deler av lysseilet slik at laseren utøver en ujevn kraft som får den til å snu.
En annen, mer kraftkrevende idé er å flytte en masse på en bjelke, og få romfartøyet til å rotere. Men lagets favoritt er å utstyre seilet med bevegelige klaffer som kan generere dreiemoment og dermed snu romfartøyet.
Et av problemene med interstellar reise er risikoen for å treffe en støvpartikkel. Ved en tidel av lyshastigheten kan en slik kollisjon fordampe romfartøyet. Så Hein og co planlegger å dekke sonden med et grafen Whipple-skjold som består av flere lag designet for å bryte fra hverandre enhver partikkel når de passerer gjennom lagene, og dermed spre energien deres.
Risikoen for ødeleggelse reiser en annen interessant idé - å sende en sverm av romfartøyer. Det øker redundansen til oppdraget og datainnsamlingsevnen. Den utnytter også laserstrålen bedre, som vil spre seg, så mye av energien går tapt. Av disse grunnene er en sverm av femto-romfartøy fornuftig.
Så er det kommunikasjonssystemet med Jorden, som må være i stand til å sende hjem uansett hvilke bilder romfartøyet tar. Med kraft til en premie, og på avstander på flere lysår, vil det sannsynligvis ta betydelig tid.
Men det kan forbedres på forskjellige måter. En idé er å sette opp et databasert system ved å sende femto-romfartøy til forskjellige tider for å fange opp signalene og sende dem videre. En annen er å bruke gravitasjonsfeltet til solen som en linse for å fokusere signaler fra Proxima Centauri. Det ville bety å plassere et romfartøy bak solen vår i en direkte linje med målet, en annen vanskelig og kostbar oppgave.
Kraften ombord er litt mer grei. Dette må være et atombatteri av noe slag. Dette genererer varme når det radioaktive innholdet forfaller og er en av få komponenter som er godt innenfor moderne tekniske grenser.
Til slutt er det det vanskelige spørsmålet om hvor mye alt dette vil koste og når et slikt oppdrag kan sendes. Hein og co slår seg fast på det bemerkelsesverdige tallet på 11 millioner dollar av utviklingskostnadene til det første romfartøyet. Det virker ambisiøst, selv om det bare er for romfartøyet.
Den klarer heller ikke å redegjøre for de mye mer betydelige kostnadene forbundet med å utvikle og lansere et laserfremdriftssystem av gigantiske proporsjoner. En 15 GW laser er et betydelig beist. Det er omtrent en størrelsesorden mer kraft enn kapasiteten til Three Gorges Dam i Kina, for tiden verdens kraftigste kraftstasjon.
Mens noen av teknologiene bak denne ideen virker gjennomførbare på kort til mellomlang sikt, er det flere som ikke er det, spesielt laserfremdriftssystemet. Verken kostnadene eller tidsplanen virker helt forankret i den virkelige verden.
Likevel sier Hein og co at rapporten deres antar en lanseringsdato på et sted mellom 2025 og 2035.
Den kanskje viktigste mangelen ved dette oppdraget er den vitenskapelige gevinsten. Løftet her er noen få smarttelefonbilder av Proxima Centauri eller søsterstjernene i Alpha Centauri-systemet.
Det er stor sannsynlighet for at disse bildene ikke vil være av høy kvalitet og kanskje ikke viser noe i det hele tatt, minst av alt Proxima Centauri b. Etter all sannsynlighet vil vi trolig kunne ta bedre bilder av denne eksoplaneten raskere ved hjelp av romteleskoper i vårt eget solsystem, som for eksempel James Webb-teleskopet.
Men det er for å redusere eventyrlysten i dette oppdraget. Og det er derfor det ville være uklokt å utelukke det.
Et nytt romkappløp varmes opp mens private rombedrifter kjemper om tilgang til bane. Målene som er tydeligst i sikte deres er: sende mennesker i bane, sende dem rundt månen, nærliggende asteroider, og kanskje på dem. Utover det er det Mars.
Men for en ambisiøs romfartsbedrift som ønsker å skape et navn for seg selv, kan Proxima Centauri og søsterstjernene komme med et utfordrende forslag. Hein og co krysser sikkert fingrene.
Ref: arxiv.org/abs/1708.03556 : The Andromeda Study: A Femto-Spacecraft Mission to Alpha Centauri