Inne i Starshot planlegger den dristige å skyte bittesmå skip til Alpha Centauri

Fotografi av Philip Lubin som går på stranden Michelle Groskopf

Stjerneskipskonferanser tiltrekker seg et håpefullt publikum: forskere, oppfinnere og hobbyister som er begeistret for ideen om å bygge romfartøy som kan fly mellom stjernesystemer. Spenningen ved disse samlingene kan få det til å føles som om alt er mulig – men også som om ingenting er. Mange av ordningene som legges fram er for vage, og de har nesten alltid for mange teknologiske hull å fylle.

I 2015 inntok Philip Lubin, en kosmolog fra University of California, Santa Barbara, scenen på 100-års Starship Symposium i Santa Clara. Han skisserte planen sin om å bygge en laser så kraftig at den kunne akselerere små romfartøyer til 20 % av lysets hastighet, og få dem til Alpha Centauri på bare 20 år. Vi kan bli interstellare oppdagelsesreisende innen én generasjon. Det var ganske kroken.

Denne historien var en del av vår utgave av juli 2019

• Se resten av saken
• Abonnere

Fordi Lubin er en utmerket offentlig foredragsholder, og fordi de underliggende teknologiene allerede eksisterte, og fordi vitenskapen var god, ble han mobbet etter foredraget. Han møtte også Pete Worden, en tidligere forskningsdirektør ved NASAs Ames Research Center, for første gang. Worden hadde nylig tatt over som leder av Breakthrough Initiatives, et nonprofit-program finansiert av den russiske teknologimilliardæren Yuri Milner. Seks måneder senere hadde Lubins prosjekt 100 millioner dollar i finansiering fra Breakthrough og støtte fra Stephen Hawking, som kalte det det neste store spranget inn i kosmos.

Starshot er enkelt, i det minste i teorien. Bygg først et enormt utvalg av moderat kraftige lasere. Sett dem sammen – det som kalles faselås – for å lage en enkelt stråle med opptil 100 gigawatt kraft. Rett strålen mot sterkt reflekterende lysseil festet til romfartøy som veier mindre enn et gram og allerede er i bane. Slå på strålen i noen minutter, og fotontrykket sprenger romfartøyet til relativistiske hastigheter.

Ved Lubins UC Santa Barbara-laboratorium studerer den eksperimentelle kosmologigruppen det tidlige universet. Å kombinere Lubins forskning innen rettet energi med andre lidenskaper som fremdrift har hjulpet Starshot å utfolde seg. Ms Tech / originale bilder: Michelle Groskopf

Ikke bare kunne en slik teknologi brukes til å sende sensorer til et annet stjernesystem; den kan sende større fartøyer til jordens naboplaneter og måner. Se for deg en pakke til Mars om noen dager, eller et mannskapsoppdrag til Mars om en måned. Starshot krymper effektivt solsystemet, og til slutt galaksen.

Det er fantastisk. Og også en drøm. Eller et salgsargument. Eller et langsiktig, fjernt prosjekt som ikke kan opprettholdes lenge nok til at de ikke-eksisterende teknologiene det krever skal bygges.

Lubin er en ung 66. Han går fort, og det tykke håret og helskjegget er mørkt. Da jeg dro for å møte ham i Santa Barbara i april, fortalte han meg at han hadde vært en alvorlig gutt, forstyrret av verdens realiteter. Han søkte trøst i matematikk og naturfag fordi han fant dem vakre. Jeg elsket skolen, forklarer han. Jeg studerte hele tiden. Det var som et tilfluktssted for meg: sykle til biblioteket og sluke bøker.

Likevel forventet han ikke at han ville følge en akademisk vei - det virket ikke mulig. Familien hans satte pris på utdanning, men hans litauiske far, som jobbet som postbærer, ble aldri uteksaminert fra videregående skole. Hans russiskfødte mor var sekretær. Jeg vokste opp med en internalisering av at høyskolen var for andre mennesker, sier han. Etter oppmuntring fra en skolerådgiver i Los Angeles gikk han imidlertid på Community College; lærerne der ba ham om å flytte til UC Berkeley. Og der presset professorene ham til å søke på forskerskolen. Til slutt landet han på Harvard. Når jeg ser tilbake på det, sier han, var jeg en total knoke.

I dag er Lubin en kosmolog. I store deler av karrieren har han bygget utstyr for å måle bakgrunnsstrålingen fra universet, men hans vitenskapelige og tekniske interesser er varierte. Det var på en forsvarsteknologikonferanse, hvor han snakket om å bruke lasere for å forsvare jorden mot innkommende asteroider og kometer, at han først kom på ideen til Starshot.

Michelle Groskopf

Han forteller meg også om en annen besettelse: fremdrift. De fleste raketter i dag kjører på flytende drivstoff, omtrent som de gjorde da Tyskland oppfant V2 under andre verdenskrig. De siste 75 årene innen databehandling har til sammenligning produsert en trillion ganger økning i hastighet. Ville det ikke vært greit om fremdriften kunne avansere slik? sier Lubin. SLS – NASAs supertunge rakett, som allerede har kostet 12 milliarder dollar og fortsatt ikke er klar – kan koste mindre enn en krone.

Lubins laboratorier ved UC Santa Barbara har et rotete lager som føles typisk for eksperimentelle fysikkoppsett: gigantiske spoler med optisk fiber, stativer med oscilloskop, verktøybokser, kretskort. Ett skap for løsemidler, et annet for snacks.

Mens vi går gjennom laboratoriene, er han rask til å erkjenne at Starshot fortsatt står overfor mange utfordringer. Det er for eksempel ingen laser som er kraftig nok til å utføre denne typen sprengning. Det er ingen lette seil som kan ta en slik bjelke uten å bli utslettet. Det er ikke mindre enn gram-størrelse romfartøy for å gjøre reisen, og spørsmål om laserforsyning og laserplassering gjenstår. Og så er det de etiske og geopolitiske implikasjonene av å bygge en så kraftig rettet energikilde. Det kan tross alt også være et våpen.

Ved tavlen begynner postdoktor Peter Krogan å lede meg gjennom løsningene på disse problemene. Først ut: bygge laserarrayen.

Michelle Groskopf

Utfordringen her er å finne ut hvordan du kan fikse frekvensen til milliarder av lasere, hver 10 centimeter i diameter, og stabilisere dem slik at de kan kombineres til en enkelt stor stråle. Ved å låse flere stråler sammen kan styrken til laseren skaleres opp til de foreslåtte nivåene. Teamets nåværende arbeidsplan er for en gruppe plassert på bakken, som holder kostnadene lavere enn om den var plassert i bane, men legger til andre komplikasjoner – for eksempel å overvinne atmosfærisk interferens. Dette krever et beacon festet til romfartøyet som sender et signal tilbake gjennom atmosfæren, slik at de bakkebaserte laserne fikserer seg på målet. For å koble til matrisen jobber Krogan med nestet faselåsing, der en mindre matrise synkroniseres før neste lag i matrisen sees, og så videre. Hvis dette kan fungere for to lag med lasere - deres umiddelbare forskningsmål - så kan det bare være mulig å gjøre det for de fem lagene som simuleringer sier er best for en 100-gigawatt-stråle.

Den andre store utfordringen er solseilet. Selv om konseptet har eksistert i flere tiår, ble det ikke implementert med suksess før i 2010, da Japans Ikaros-romfartøy testet et seil på 14 meter (46 fot) kvadrat under oppdraget rundt solen. Men et seil som tåler det milde trykket fra solfotoner er drastisk forskjellig fra et som tåler den kraftigste laseren som noen gang er bygget – forskjellen mellom å la en april-tåke treffe ansiktet ditt og bli slått av en brannslange.

For å klare dette må Starshot-seilet være ekstremt robust, men det må også være ekstremt lett. Nøkkelen, forklarer Krogan, er å la noe av kraften lekke gjennom: seilets materiale må være gjennomsiktig og reflekterende samtidig. Glass er en av de mer lovende kandidatene, selv om det må justeres for å oppnå den perfekte blandingen av reflektivitet og gjennomsiktighet. Det ideelle materialet må fortsatt oppfinnes, men det er noen lovende fremskritt, sier Krogan.

Prashant Srinivasan er blant dem som jobber med laserdrevne romfartøy i waferscale som gruppen håper kan nå Alpha Centauri i løpet av en generasjon. Michelle Groskopf

Den tredje store utfordringen er å bygge det lille romfartøyet. De minste objektene som går i bane rundt jorden akkurat nå er cubesats, som er 10 centimeter på hver side og veier omtrent en kilo. Lubins team ønsker å krympe hele fartøyet til størrelsen på en mikrobrikke - det de kaller wafer-skala. De har miniatyrisert prototyper til størrelsen på en fyrstikkbok og til og med en fjerdedel. Men deres beste arbeidsmodeller veier for tiden rundt 100 gram, fortsatt 100 ganger for tunge for Alpha Centauri-oppdraget. Hindringer inkluderer integrering av elektronikk og fotonikk, noe som gjør den i stand til å motstå stråling i det store rommet, krympe strømforsyningen, utvikle en ultraliten innebygd thruster … listen fortsetter.

Men selv om de tekniske utfordringene er reelle, er den største forskjellen mellom Starshot og mange andre interstellare prosjekter at det ikke krever ny fysikk eller til og med fundamentalt ny teknologi. Da Lubin utviklet ideen, sendte han detaljene til kolleger for tilbakemelding. De var folk som ville rive det i filler, sier han. Menneskene som ikke tar noen fanger og ikke har nåde og er helt komfortable med å si: 'Du idiot!'... Jeg sa: 'Vær så snill å ødelegge dette, for jeg er lei av å jobbe med det.' Til slutt sa alle jeg snakket med , 'Vel, det burde fungere.'

Da Breakthroughs tekniske eksperter undersøkte konseptet, var omrisset solid. Worden var spent. Vi var alle overbevist om at dette var den første virkelig plausible interstellare teknologien vi kunne gjøre i løpet av livet og ville være rimelig, sier han.

Og selv om ikke alle problemene blir løst, er det verdt å løse noen av dem, sier han. For eksempel vil det å utvikle et fullt kapabelt romfartøy som veier mindre enn et gram være en stor revolusjon. Cubesats ble avfeid av mange inntil for bare noen år siden; nå er det konstellasjoner av dem. Chipsats, sier han, vil snart modnes og revolusjonere vitenskap og kommunikasjon. Rimelige, effektive lasermatriser kan være nyttige for jobber som å skyve romsøppel ut av veien. Og fremskritt innen lette seil ville tillate romfartøy i mikroskala i vårt eget solsystem å nå andre planeter i løpet av måneder, ikke år. Det kommer til å endre vår forståelse av objekter i solsystemet vårt, og søket etter liv, sier Worden. Og kommersielt sett kommer det til å være enormt verdifullt når man leter etter plassressurser.

Det er imidlertid ett problem som ikke kan løses med teknologi: geopolitikk. Lasere ville bidra til å drive solseil, sier Joan Johnson-Freese, professor i nasjonale sikkerhetssaker ved US Naval War College som også sitter i Breakthrough-styret. Men når du begynner å snakke om å avfyre ​​lasere, blir folk veldig nervøse.

Hun antyder at internasjonale avtaler sannsynligvis vil sikre den bredeste og mest fordelaktige bruken av en så kraftig laser. Og det militære potensialet til verdensrommet er ikke nytt: i dag anses alt Kina gjør i verdensrommet som dobbeltbruk. Det samme gjelder for USA, sier hun. Kina kan tolke alt vi gjør som truende.

En vei videre kan være å demokratisere leting. Historisk sett har USA og andre supermakter dominert verdensrommet, men Starshot kan åpne det for land som ikke har tilgang. En nasjon som lanserte en flåte av brikkesett kunne få tilgang til kommunikasjon, utforskning og kommersiell rekognosering som tidligere var uoverkommelig. Det er et sjeldent prosjekt som har så store teknologiske, vitenskapelige, kommersielle og geopolitiske implikasjoner.

Michelle Groskopf

Det krever litt nøye tenkning, og også åpenhet, og muligens internasjonalt samarbeid og samtaler på sikt, sier Lubin. Heldigvis har vi litt tid, fordi vi ikke distribuerer med det første.

Så når vil Starshot bli realisert? Et mål er å få sonder til Alpha Centauri innen 2061, 100-årsjubileet for Yuri Gagarins banebrytende orbitalflukt. Det er et stykke unna, nesten helt sikkert utover Lubins levetid. Han sier at prosjektet vil ha en sjanse bare hvis folk innser at det er milepælsbasert, en biltur med mange punkter underveis.

Men den lange horisonten betyr at det kommer til å trenge penger. NASAs bidrag utløp i år. Andre kontanter har kommet fra en anonym filantrop. Og så langt har finansieringen til Breakthrough ennå ikke kommet.

Vi er en ny organisasjon, og vi er fortsatt i oppstartsfasen, sier Worden, og lover at pengene vil komme når forhandlingene mellom universiteter, entreprenører og regulatorer er fullført.

Det er et puslespill, men Lubin er ikke redd for litt kompleksitet. Det er akkurat det hele denne bestrebelsen handler om. Dette er ikke bare en engangsteknologi, sier han. Det er ikke bare oblater til stjernene. Det er cubesats til Europa, eller mennesker til Mars raskt, eller muligheten til å holde et romfartøy i bane lenger i lave høyder, eller å beskytte planeten mot eksterne trusler som asteroider. Hvis du ikke forstår hele bredden av denne teknologien, så går du glipp av skjønnheten i transformasjonen den gjør mulig.

Kate Greene er en essayist, poet og tidligere laserfysiker.

gjemme seg