U jednom trenutku čovječanstvo je imalo ambicije koje su dovele do tako nevjerojatnih projekata kao što su prvi let letom u svemir ili misija na Mjesec. Sljedeći korak bit će kolonizacija planeta, a potom i međuzvjezdana putovanja. Inicijativa Breakthrough Starshot nasljednica je ljudske ambicije i obećava da će joj utrti put do zvijezda u neposrednoj blizini.
Breakthrough Starshot, dijete ruskog milijardera poduzetnika Jurija Milnera, postalo je poznato u travnju 2016. na konferenciji za novinare na kojoj su sudjelovali ugledni fizičari, uključujući Stephen Hawking i Freeman Dyson. Iako projekt još uvijek nije dovršen, preliminarni plan uključuje slanje tisuća poštanskih žetona veličine velikih maraka na srebrna jedra koja će prvo ući u Zemljinu orbitu, a potom će se ubrzati zemaljskim laserima.
Za dvije minute laserskog ubrzanja svemirski brod će ubrzati do jedne petine brzine svjetlosti - tisuću puta brže od bilo kojeg umjetnog vozila u čitavoj povijesti čovječanstva.
Svaka svemirska letjelica letjet će 20 godina i prikupljati znanstvene podatke o međuzvjezdanom prostoru. Po dolasku do planeta u sustavu zvijezda Alpha Centauri, ugrađeni digitalni fotoaparat snimit će fotografije visoke rezolucije i slati slike na Zemlju omogućavajući nam gledanje naših najbližih planetarnih susjeda. Pored znanstvenih saznanja, možemo saznati jesu li ti planeti prikladni za ljudsku kolonizaciju.
Tim koji stoji iza Breakthrough Starshota impresivan je kao i tehnologija. Upravni odbor čine Milner, Hawking i Mark Zuckerberg, tvorac Facebooka. Pete Warden, bivši direktor NASA-inog istraživačkog centra Ames, izvršni je direktor. Nekoliko uglednih znanstvenika, uključujući nobelovce, savjetuju projekt, a Milner je uložio 100 milijuna dolara vlastitih sredstava kako bi započeo posao. Zajedno s kolegama ulažu više od 10 milijardi dolara u nekoliko godina kako bi dovršili posao.
Iako se cijela ova ideja čini potpuno znanstvenom fantastikom, ne postoji znanstvena prepreka za njezinu provedbu. To se, međutim, ne mora dogoditi sutra: da bi Starshot bio uspješan, potreban je veći napredak tehnologije. Organizatori i znanstveni savjetnici vjeruju u eksponencijalni napredak i da Starshot postoji već 20 godina.
Ispod ćete naći popis jedanaest Starshot tehnologija i čemu se nadaju da će znanstvenici utjecati na njihov eksponencijalni razvoj u sljedećih dvadeset godina.
Promotivni video:
Otkrivanje egzoplaneta
Egzoplanet je planet izvan našeg Sunčevog sustava. Iako se prvo znanstveno otkriće egzoplaneta dogodilo tek 1988. godine, od 1. svibnja 2017. u 2.702 planetarnim sustavima otkriveno je 3.608 egzoplaneta. Dok neki od njih podsjećaju na planete u Sunčevom sustavu, postoji mnogo neobičnih, poput onih s prstenima 200 puta širim od onih Saturna.
Koji je razlog ove poplave otkrića? Značajno poboljšanje teleskopa.
Prije samo 100 godina, najveći teleskop na svijetu bio je Hooker teleskop s ogledalom od 2,54 metra. Danas je ESO-ov vrlo veliki teleskop, koji se sastoji od četiri velika teleskopa promjera 8,2 metra, najproduktivnija zemaljska astronomska ustanova, koja daje jedan znanstveni članak po stručnom pregledu dnevno.
Znanstvenici koriste MBT i poseban alat za pretraživanje čvrstih ekstrasolarnih planeta u potencijalno naseljenoj zoni zvijezde. U svibnju 2016., znanstvenici koji su koristili teleskop TRAPPIST u Čileu pronašli su ne jedan, već sedam egzoplaneta veličine Zemlje odjednom u potencijalno naseljenoj zoni.
U međuvremenu, u svemiru je NASA-in svemirski brod Kepler, posebno dizajniran za zadatak, već identificirao više od 2000 egzoplaneta. Svemirski teleskop James Webb, koji će biti lansiran u listopadu 2018., pružit će neviđeni uvid u to mogu li egzoplaneti podržati život. "Ako ove planete imaju atmosferu, JWST će biti ključ za otkrivanje njihovih tajni", kaže Doug Hudgins, znanstvenik za egzoplanetu u NASA-inom sjedištu u Washingtonu.
Troškovi pokretanja
Starshot matični brod lansirat će se na raketu i lansirat će 1.000 brodova. Trošak prijevoza korisnog tereta raketama za jednokratnu upotrebu je ogroman, no privatni pružatelji usluga poput SpaceX i Blue Origin pokazali su uspjeh u lansiranju raketa za višekratnu upotrebu za koje se očekuje da značajno smanje troškove lansiranja. SpaceX je već smanjio troškove na 60 milijuna dolara za lansiranje Falcon 9, a kako se privatna svemirska industrija širi i rakete za višekratnu upotrebu postaju sve prisutnije, cijena će padati i padati.
Starchip
Svaki Starchip od 15 mm ("zvijezdani čip") mora sadržavati veliki niz sofisticiranih elektroničkih uređaja poput navigacijskog sustava, kamere, komunikacijskog lasera, radioizotopske baterije, multipleksera kamere i njegovog sučelja. Inženjeri se nadaju da bi mogli sve to stisnuti u mali stroj veličine poštanskih maraka.
Uostalom, prvi su računalni čipovi 1960-ih sadržavali pregršt tranzistora. Zahvaljujući Mooreovom zakonu, danas možemo uklopiti milijarde tranzistora na svaki čip. Prvi digitalni fotoaparat težio je nekoliko kilograma i snimio je slike od 0,01 megapiksela. Danas senzor digitalne kamere snima visokokvalitetne slike u boji u 12 megapiksela i uklapa se u pametni telefon - zajedno s drugim senzorima poput GPS-a, akcelerometra i žiroskopa. I vidimo kako ova poboljšanja idu u istraživanje svemira s manjim satelitima koji nam pružaju kvalitetne podatke.
Da bi Starshot bio uspješan, trebat će nam masa čipa od oko 0,22 grama do 2030. godine. Ali ako poboljšanja i dalje dolaze istim tempom, prognoze pokazuju da je to sasvim moguće.
Lagano jedro
Jedro bi trebalo biti izrađeno od materijala koji će se vrlo reflektirati (kako bi se laser postigao maksimalan), minimalno apsorbirao (kako ne bi izgorio od topline), a ujedno i vrlo lagan (omogućava brzo ubrzanje). Ova su tri kriterija izuzetno važna i za njih trenutno nema odgovarajućeg materijala.
Potrebni napredak može doći od automatizacije umjetne inteligencije i ubrzavanja otkrivanja novih materijala. Ta je automatizacija otišla toliko daleko da danas metode strojnog učenja mogu „generirati biblioteke kandidata za prikladne materijale na desetinama tisuća pozicija“i inženjerima omogućiti da utvrde za koje se vrijedne borbe i za koje vrijede testirati u određenim uvjetima.
Pohrana energije
Dok će Starchip za svoje 24-godišnje putovanje koristiti sićušnu bateriju za radioizotop, za lasere će nam još trebati konvencionalne kemijske baterije. Laseri će morati osloboditi kolosalnu energiju u kratkom vremenu, što znači da će se energija morati čuvati u baterijama u blizini.
Baterije se poboljšavaju za oko 5-8% godišnje, iako to često ne vidimo jer potrošnja energije raste. Ako se baterije ovako poboljšaju, za dvadeset godina imat će 3-5 puta veći kapacitet nego danas. Ostale inovacije mogle bi uslijediti nakon velikog ulaganja u industriju baterija. Zajedničko ulaganje Tesla-Solar City već je isporučilo 55.000 tvrtki Kauai kako bi napajalo većinu njegove infrastrukture.
laseri
Tisuće moćnih lasera upotrijebit će se za pokretanje letjelice zajedno s jedrom.
Laseri su poštivali Mooreov zakon na gotovo isti način kao i integrirani krugovi, udvostručujući snagu svakih 18 mjeseci. U posljednjem desetljeću došlo je do dramatičnog ubrzanja u skali snage diodnih i vlaknastih lasera. Prvi je probio 10 kilovata jednosmjernog vlakna 2010. godine i 100 kilovatsku barijeru nekoliko mjeseci kasnije. Uz sirovu snagu, potreban nam je uspjeh i u kombiniranju laserskih lasera s fazama.
Ubrzati
Naša sposobnost brzog kretanja … brzo se preselila. 1804. vlak je izumljen i vrlo brzo stekao je nečuvenu brzinu od 100 kilometara na sat. Svemirska letjelica "Helios-2" oborila je ovaj rekord 1976. godine: u najbržem trenutku "Helios-2" se udaljavao od Zemlje brzinom od 356.040 km / h. 40 godina kasnije, svemirska letjelica New Horizons postigla je heliocentričnu brzinu od 45 kilometara u sekundi (više od 200.000 kilometara na sat). Ali čak i tom brzinom, trebalo bi dugo vremena da se dosegne Alfa Centauri, udaljena četiri svjetlosne godine.
Iako je ubrzavanje subatomskih čestica do skoro svjetlosti postalo uobičajeno u akceleratorima čestica, makroskopski objekti nisu uspjeli ubrzati na taj način. Dosezanje 20% brzine svjetlosti bilo bi 1000 puta brže od bilo kojeg objekta izgrađenog od čovjeka.
Memorija za pohranu
Sposobnost pohrane podataka postala je osnova za izračun. Starshot će ovisiti o kontinuiranom smanjenju troškova i veličine digitalne memorije kako bi se osigurao dovoljan prostor za pohranu njegovih programa i slika snimljenih u zvjezdanom sustavu Alpha Centauri i njegovim planetima.
Trošak memorije se desetljećima eksponencijalno smanjivao: 1970. megabajt je vrijedio oko milijun dolara; sada - puki novci. Veličina potrebna za pohranu također se smanjila, s tvrdog pogona od 5 megabajta učitanog 1956. godine viličarom na USB štapove od 512 gigabajta, težine nekoliko grama.
Telekomunikacija
Jednom kada Starchip zabilježi slike, one će ih morati poslati na Zemlju radi obrade.
Telekomunikacije su značajno napredovale otkad je Alexander Graham Bell izumio telefon 1876. Prosječna brzina interneta danas iznosi oko 11 megabita u sekundi. Propusni opseg i brzina potrebni za slanje digitalnih slika tijekom 4 svjetlosne godine - 40 trilijuna kilometara - zahtijevat će najnoviji napredak u telekomunikacijama.
Li-Fi tehnologija izuzetno je obećavajuća, a njezin bežični prijenos obećava da će biti 100 puta brži od Wi-Fi-ja. Postoje i eksperimenti u području kvantnih telekomunikacija, koji neće biti brzi, ali sigurni.
izračuni
Posljednji korak Starchip projekta bit će analiza podataka koje je vratila svemirska letjelica. Da bismo to učinili, morat ćemo se osloniti na eksponencijalni razvoj računalne moći koji se u proteklih 60 godina povećao za trilijun puta.
U posljednje vrijeme pad troškova računanja snažno je povezan s oblacima. Gledajući unaprijed i koristeći nove računalne metode poput kvantne, možemo očekivati 1.000 puta povećanje snage do trenutka kada Starshot vrati podatke. Ova izuzetna računalna snaga omogućit će nam izvođenje sofisticiranih znanstvenih simulacija i analiza najbližeg susjednog zvjezdanog sustava.
ILYA KHEL