Autor
Leonard Kelley tiene una licenciatura en física con una especialización en matemáticas. Él ama el mundo académico y se esfuerza por explorarlo constantemente.
Fuente
Ir a ver otra estrella a bordo de una nave espacial no va a suceder en nuestras vidas. Pero no se desespere, porque todavía podemos hacer ciencia asombrosa con estos objetos, solo desde lejos. Pero sé que hay una parte considerable de la audiencia que lee esto y piensa que esto no es suficiente, queremos detalles de cerca. ¿Qué pasaría si te dijera que podemos obtenerlo en nuestra vida, pero no por cortesía de los astronautas sino de las máquinas? Podemos enviar una flota de pequeños chips al espacio y, en un lapso de 25 años, obtener excelentes datos sobre el sistema estelar más cercano: el sistema Centauri.
Starshot
El plan básico es el siguiente. Un grupo de Starchips, cada uno un pequeño chip de computadora, se lanzará en grupos de 100-1000. Tantos se lanzan en caso de desgaste, porque el espacio es un lugar bastante implacable. Una vez en el espacio, 100 millones de láseres terrestres disparan al grupo y lo aceleran a 0.2 c. Al alcanzar esta velocidad, los láseres basados en tierra cortan y desaparecen los Starchips. Los láseres ahora inactivos se convierten en una matriz que recibirá telemetría del enviado (Finkbeiner 34).
¿Qué conforma cada uno de estos chips? No mucho. Cada chip individual tiene 1 gramo de masa, 15 milímetros de ancho, tiene una cámara, batería, equipo de señalización y un espectrógrafo. El mecanismo que es principalmente responsable del movimiento de cada chip de Starshot es una vela ligera. Con 16 metros cuadrados de área, cada vela es liviana y tiene un 99,999% de reflexión, lo que las hace altamente eficientes para el mecanismo láser (35).
¿La mejor parte de Starshot? Se basa en tecnología confiable y establecida que se extrapola a nuevos niveles. No tenemos que desarrollar mucho, simplemente determinar cómo escalar para adaptarse a la misión. Y ya cuenta con financiamiento por cortesía de Yuri Mitner, el jefe de Breakthrough Innovations. Además, muchos ingenieros han prestado sus noggins al proyecto, incluido Dyson. Estas personas están en el Comité Asesor de Starshot junto con Avi Loeb, Pete Worden, Pete Klupur y muchos otros que han tomado las ideas de propulsión láser de un documento de diciembre de 2015 de Phillip Lubin y quieren hacerlo realidad. $ 100 millones se han asignado a Breakthrough Starshot, una prueba de concepto, y si tiene éxito, entonces más patrocinadores pueden presentarse dispuestos a pagar más fondos. El objetivo es construir una matriz de láser de 10-100 kW y una sonda del tamaño de un gramo capaz de enviar y recibir telemetría. Al ver qué desafíos surgen de esto, los ingenieros pueden identificar qué necesita la mayor cantidad de fondos para una escala completa (Finkbeiner 32-3, Choi).
La vela.
Problemas persistentes
A pesar de estar basado en tecnología establecida, los problemas siguen presentes. El tamaño de cada chip hace que sea difícil meter todos los instrumentos necesarios en él. Sprite, del grupo Mason Peck, es la mejor opción con una masa total de 4 gramos y el mínimo esfuerzo necesario para producir. Sin embargo, cada Starchip debe ser de 1 gramo y llevar 4 cámaras, así como equipo sensorial. Cada una de esas cámaras no sería como un aparato de lente tradicional sino una matriz de captura de Fourier de plasma que implementa técnicas de difracción para recopilar datos de longitud de onda (Finkbeiner 35).
¿Y cómo nos enviaría Starshot los datos? Muchos satélites utilizan un láser de diodo de un solo vatio, pero el alcance se limita a la distancia del sistema Tierra-Luna, algo que está más cerca de nosotros que Alpha Centauri en un factor de 100 millones. Si se enviara desde Alpha Centauri, la transmisión se degradaría a unos pocos cientos de fotones, nada de importancia. Pero tal vez si una matriz de Starchips quedara como intervalos especificados, podrían actuar como un relé y asegurar una mejor transmisión. Se podría esperar un kilo bit por segundo como una velocidad de transmisión razonable (Finkbeiner 35, Choi).
Sin embargo, alimentar ese transmisor es otro gran problema. ¿Cómo alimentarías un Starchip durante 20 años? Incluso si puedes alimentar un chip con la mejor tecnología, solo se enviaría una señal mínima. Tal vez piezas diminutas de material nuclear podrían ser una fuente adicional, o tal vez la fricción de viajar en el vacío interestelar podría convertirse en vataje (Finkbeiner 35).
Pero ese medio también podría traer la muerte a Starchips. Hay tantos peligros desconocidos en él que podrían sacarlo. Tal vez si las virutas estuvieran recubiertas con cobre de berilio podría proporcionar una protección adicional. Además, al aumentar la cantidad de chips lanzados, se puede perder más y aún así garantizar que la misión sobreviva (Ibid).
El chip.
Pero ¿qué pasa con el componente vela? Necesita un alto nivel de reflectividad para garantizar que el láser que lo alimenta simplemente no lo derrita, así como para impulsar el chip a la velocidad necesaria. La parte de reflectividad se puede resolver si se usa oro o solver, pero se desearían materiales más livianos. Y, loca como suena, refractiva.las propiedades también serían necesarias porque el chip iría tan rápido que se produciría un desplazamiento al rojo de los fotones. Para garantizar que el chip y la vela puedan alcanzar la velocidad requerida, debe tener un espesor de 1 átomo a 100 átomos (aproximadamente 1 burbuja de jabón). Irónicamente, el hidrógeno y el helio que las virutas pueden encontrar en su viaje pasarían a través de esta vela sin dañarlo. Y el daño máximo que el polvo puede causar es solo el 0.1% del área total de la vela. La tecnología actual puede conseguirnos una vela con un grosor de 2,000 átomos y puede hacer que la nave funcione a 13 g. Para Starshot, se necesitarían 60,000 g para obtener el chip a los 60,000 kilómetros por segundo deseados (Finkbeiner 35, Timmer).
Y, por supuesto, ¿cómo podría olvidar el láser que pondrá en marcha toda esta operación? Tendría que ser 100 gigavatios en el poder que ya podemos lograr, pero solo por una billonésima de una billonésima de segundo. Para Starshot, necesitamos que el láser dure unos minutos. Entonces, use una variedad de láseres para llegar al requisito de 100 gigawatt. Fácil, ¿verdad? Claro, si puede obtener 100 millones de ellos en un área de 1 kilómetro cuadrado e incluso si eso se lograra, la salida del láser tendría que lidiar con las perturbaciones atmosféricas y los 60.000 kilómetros entre el láser y la vela. La óptica adaptativa podría ayudar y es una tecnología probada, pero nunca en la escala de millones. Problemas, problemas, problemas. También colocando el conjunto alto en un área montañosa reducirá las perturbaciones atmosféricas,
Alfa centauri
La estrella más cercana a nosotros es Alpha Centauri, ubicada a 4.37 años luz de distancia. Usando cohetes convencionales, nuestro mejor tiempo de viaje sería alrededor de 30,000 años. Claramente no es factible en este momento. ¡Pero para la misión de Starshot, podrían llegar allí en 20 años! Ese es uno de los beneficios de ir a 0.2c, pero la desventaja es que será un viaje rápido a través del sistema. Se permitiría muy poco tiempo para hacer turismo, ya que los chips no tendrían un mecanismo de frenado y, por lo tanto, cruzarían directamente (Finkbeiner 32).
¿Qué podría ver Starshot? Sólo unas pocas estrellas, pensó la mayoría de los científicos. Pero en agosto de 2016, se descubrió que Proxima Centauri tenía exoplanetas. Podríamos imaginar un mundo más allá del sistema solar con detalles sin precedentes (Ibid).
Trabajos citados
Andersen, Ross. "Dentro de la nueva misión interestelar de un multimillonario" . Theatlantic.com . The Atlantic Monthly Group, 12 de abril de 2016. Web. 24 de enero de 2018.
Choi, Charles Q. "Tres preguntas sobre el avance de Starshot" . Popsci.com . Ciencia popular, 27 abr. 2016. Web. 24 de enero de 2018.
Finkbeiner, Ann. “Misión cercana a la velocidad de la luz a Alpha Centauri”. Scientific American Mar. 2017: 32-6. Impresión.
Timmer, John. "La ciencia material de construir una vela ligera para llevarnos a Alpha Centauri". arstechnica.com . Conte Nast., 07 de mayo de 2018. Web. 10 de agosto de 2018.
© 2018 Leonard Kelley
https://owlcation.com/stem/What-is-Starshot-and-the-Plan-to-Visit-Alpha-Centauri
En línea
