Nekoč je človeštvo imelo ambicije, ki so vodile do tako neverjetnih projektov, kot so prvi posadki v vesolje ali misija na Luno. Naslednji korak bo kolonizacija planetov in nato medzvezdna potovanja. Pobuda Breakthrough Starshot je naslednica človeških ambicij in obljublja, da si bo utrla pot do zvezd v neposredni bližini.
Razhod ruskega milijarderskega podjetnika Jurija Milnerja, Breakthrough Starshot, se je aprila 2016 oddal na tiskovni konferenci, ki sta se je udeležila priznana fizika, med njimi Stephen Hawking in Freeman Dyson. Čeprav projekt še zdaleč ni končan, predhodni načrt vključuje pošiljanje tisočev poštnih žetonov v velikih srebrnih jadrih, ki bodo najprej vstopili v Zemljino orbito in nato pospešili z zemeljskimi laserji.
V dveh minutah laserskega pospeška bo vesoljsko plovilo pospešilo do ene petine hitrosti svetlobe - tisočkrat hitreje kot katero koli umetno vozilo v celotni zgodovini človeštva.
Vsako vesoljsko plovilo bo letalo 20 let in zbiralo znanstvene podatke o medzvezdnem prostoru. Po vstopu na planete v zvezdnem sistemu Alpha Centauri bo vgrajeni digitalni fotoaparat fotografiral z visoko ločljivostjo in pošiljal slike na Zemljo, s čimer bomo lahko pogledali naše najbližje planetarne sosede. Poleg znanstvenih spoznanj lahko ugotovimo, ali so ti planeti primerni za človeško kolonizacijo.
Ekipa za Breakthrough Starshot je tako impresivna kot tehnologija. V upravnem odboru so Milner, Hawking in Mark Zuckerberg, ustvarjalec Facebooka. Pete Warden, nekdanji direktor Nasinega raziskovalnega centra Ames, je izvršni direktor. Projekt svetuje več uglednih znanstvenikov, med njimi tudi nobelovci, Milner pa je za začetek dela vložil 100 milijonov dolarjev lastnih sredstev. Skupaj s kolegi v nekaj letih vlagajo več kot 10 milijard dolarjev za dokončanje dela.
Čeprav se celotna ideja zdi popolnoma znanstvena fantastika, za njeno izvajanje ni nobene znanstvene ovire. To pa se ne sme zgoditi jutri: da bi bil Starshot uspešen, so potrebni številni napredki tehnologije. Organizatorji in znanstveni svetovalci verjamejo v eksponentni napredek in da je Starshot že približno 20 let.
Spodaj boste našli seznam enajstih tehnologij Starshot in kaj upa, da bodo znanstveniki v prihodnjih dvajsetih letih zavzeli svoj eksponentni razvoj.
Promocijski video:
Zaznavanje eksoplaneta
Eksoplanet je planet zunaj našega osončja. Čeprav se je prvo znanstveno odkritje eksoplaneta zgodilo šele leta 1988, so s 1. majem 2017 v 2.702 planetarnih sistemih odkrili 3.608 eksoplanetov. Medtem ko nekateri od njih spominjajo na planete v osončju, obstaja veliko nenavadnih, na primer tisti z obroči, ki so 200-krat širši od Saturnovega.
Kaj je razlog za to poplavo odkritij? Bistvene izboljšave teleskopov.
Pred natanko 100 leti je bil največji teleskop na svetu Hooker teleskop z 2,54 metra ogledala. Danes je zelo velik teleskop ESO, ki ga sestavljajo štirje veliki teleskopi s premerom 8,2 metra, najbolj produktivna zemeljska astronomska naprava, ki na dan pripravi en znanstveni članek na strokovni pregled.
Znanstveniki uporabljajo MBT in posebno orodje za iskanje trdnih ekstrasolarnih planetov v potencialno bivalnem območju zvezde. Maja 2016 so znanstveniki, ki uporabljajo čileski teleskop TRAPPIST, v potencialno bivalnem območju naenkrat našli ne en, temveč sedem eksoplanetov velikosti Zemlje.
Medtem je v vesolju NASA-ino vesoljsko plovilo Kepler, posebej zasnovano za to nalogo, identificiralo že več kot 2000 eksoplanetov. Vesoljski teleskop James Webb, ki se bo predstavil oktobra 2018, bo zagotovil brez primeren vpogled v to, ali eksoplaneti lahko podpirajo življenje. "Če bodo na teh planetih vzdušje, bo JWST ključ do razkritja njihovih skrivnosti," pravi Doug Hudgins, znanstvenik za eksoplanete z Nasinega sedeža v Washingtonu.
Stroški zagona
Matična ladja Starshot bo izstreljena na raketo in bo izstrelila 1.000 ladij. Stroški za prevoz koristnih tovorov z raketami za enkratno uporabo so ogromni, vendar so zasebni ponudniki storitev, kot sta SpaceX in Blue Origin, dokazali uspeh pri izstrelitvi raket za večkratno uporabo, ki naj bi znatno zmanjšale stroške izstrelitve. SpaceX je za lansiranje Falcon 9 že zmanjšal stroške na 60 milijonov dolarjev, in ker se zasebna vesoljska industrija širi in rakete za večkratno uporabo postajajo vse bolj razširjene, bo cena padala in padala.
Škrob
Vsak 15-milimetrski Starchip ("zvezdni čip") mora vsebovati veliko paleto izpopolnjenih elektronskih naprav, kot so navigacijski sistem, kamera, komunikacijski laser, radioizotopska baterija, multiplekser kamere in njen vmesnik. Inženirji upajo, da bodo lahko vse to stisnili v majhen stroj velikosti poštnih znamk.
Konec koncev so prvi računalniški čipi v šestdesetih letih prejšnjega stoletja vsebovali peščico tranzistorjev. Zahvaljujoč Mooreovemu zakonu lahko danes namestimo milijarde tranzistorjev na vsak čip. Prvi digitalni fotoaparat je tehtal več kilogramov in posnel slike z 0,01 milijona slikovnih pik. Danes senzor digitalne kamere zajema visokokakovostne barvne slike v 12 milijonih slikovnih pik in se prilega pametnemu telefonu - skupaj z drugimi senzorji, kot so GPS, merilnik pospeška in žiroskop. In opažamo, da te izboljšave zajemajo raziskovanje vesolja z manjšimi sateliti, ki nam zagotavljajo kakovostne podatke.
Da bi bil Starshot uspešen, bomo do leta 2030 potrebovali približno 0,22 grama žetonov. Če pa bodo izboljšave še naprej prihajale z enakim tempom, napovedi kažejo, da je to povsem mogoče.
Lahko jadro
Jadra naj bodo izdelana iz materiala, ki bo zelo odseven (da bi dosegel največji impulz iz laserja), minimalno absorbira (da ga ne bi zgoreli toplota) in hkrati zelo lahek (dovoljen za hiter pospešek). Ti trije kriteriji so izredno pomembni in trenutno zanje ni primernega gradiva.
Potreben napredek lahko izvira iz avtomatizacije umetne inteligence in pospeševanja odkrivanja novih materialov. Ta avtomatizacija je šla tako daleč, da danes lahko metode strojnega učenja "ustvarijo knjižnice kandidatov za primerno gradivo na več deset tisoč položajih" in inženirjem omogočijo, da ugotovijo, za katere se je vredno boriti in za katere se je vredno preizkusiti pod določenimi pogoji.
Shranjevanje energije
Čeprav bo Starchip za 24-letno pot uporabljal drobno radioizotopsko baterijo, bomo za laserje še vedno potrebovali običajne kemične baterije. Laserji bodo morali v kratkem času sprostiti kolosalno energijo, kar pomeni, da bo treba energijo shraniti v baterijah v bližini.
Baterije se izboljšajo za približno 5-8% na leto, čeprav tega pogosto ne vidimo, ker poraba energije narašča. Če se bodo baterije še naprej izboljševale, bodo čez dvajset let 3-5-krat večje zmogljivosti kot danes. Druge novosti bi lahko sledile veliki naložbi v industriji baterij. Skupno podjetje Tesla-Solar City je Kauaiu že dobavilo 55.000, da bi napajalo večino svoje infrastrukture.
Laserji
Na tisoče močnih laserjev bo uporabljenih za pogon plovila skupaj z jadrom.
Laserji so upoštevali Mooreov zakon na podoben način kot integrirana vezja, ki so podvojili moč vsakih 18 mesecev. V zadnjem desetletju se je dramatično pospešilo povečevanje moči diodnih in vlaknastih laserjev. Prvi je leta 2010 prebil 10 kilovatov enosmernega vlakna, nekaj mesecev pozneje pa 100 kilovatno pregrado. Poleg surove moči potrebujemo uspeh tudi pri kombiniranju laserskih faznih nizov.
Hitrost
Naša sposobnost hitrega gibanja … se je hitro premaknila. Leta 1804 je bil vlak izumljen in zelo kmalu je dobil nepričakovano hitrost 100 kilometrov na uro. Vesoljsko plovilo "Helios-2" je ta rekord podrlo leta 1976: v najhitrejšem trenutku se je Helios-2 oddaljil od Zemlje s hitrostjo 356.040 km / h. 40 let pozneje je vesoljsko plovilo New Horizons doseglo heliocentrično hitrost 45 kilometrov na sekundo (več kot 200.000 kilometrov na uro). Toda tudi pri tej hitrosti bi trajalo dolgo, da bi dosegli Alfo Centauri, oddaljeno štiri svetlobna leta.
Čeprav je pospeševanje subatomskih delcev do skoraj svetlobne hitrosti postalo običajno pri pospeševalcih delcev, makroskopski predmeti niso mogli pospešiti tako. Doseganje 20% hitrosti svetlobe bi bilo 1000-krat večje od hitrosti katerega koli človeškega objekta.
Shramba pomnilnika
Zmožnost shranjevanja informacij je postala osnova za izračune. Starshot bo odvisen od nenehnega upada stroškov in velikosti digitalnega pomnilnika, da bo zagotovil dovolj prostora za shranjevanje svojih programov in slik, zajetih v zvezdnem sistemu Alpha Centauri in njegovih planetih.
Stroški spomina so se desetletja eksponentno zniževali: leta 1970 je bil megabajt vreden približno milijon dolarjev; zdaj - zgolj peni. Velikost, potrebna za shranjevanje, se je tudi zmanjšala, od 5-megabajtnega trdega diska, naloženega leta 1956 z viličarjem, do 512-gigabajtnih USB-palic, ki tehtajo nekaj gramov.
Telekomunikacije
Ko Starchip zajame slike, jih bo treba poslati nazaj na Zemljo v obdelavo.
Telekomunikacije so znatno napredovale, odkar je Aleksander Graham Bell leta 1876 izumil telefon. Povprečna hitrost interneta danes znaša približno 11 megabitov na sekundo. Pasovna širina in hitrost, ki sta potrebna za pošiljanje digitalnih slik v štirih svetlobnih letih - 40 bilijonov kilometrov - bosta zahtevala najnovejši napredek na področju telekomunikacij.
Tehnologija Li-Fi je izjemno obetavna, njen brezžični prenos pa obljublja, da bo 100-krat hitrejši kot Wi-Fi. Obstajajo tudi poskusi na področju kvantnih telekomunikacij, ki ne bodo hitri, a varni.
Izračuni
Zadnji korak projekta Starchip bo analiza podatkov, ki jih vrne vesoljsko plovilo. Za to se bomo morali zanesti na eksponentni razvoj računalniške moči, ki se je v zadnjih 60 letih povečal za trilijon krat.
V zadnjem času je upad stroškov računalništva močno povezan z oblaki. Če pogledamo naprej in uporabljamo nove računalniške metode, kot so kvantni, lahko pričakujemo, da se bo 1000-krat večja moč povečala s časom, ko Starshot vrne podatke. Ta izjemna računalniška moč nam bo omogočila izvajanje izpopolnjenih znanstvenih simulacij in analiz najbližjega sosednjega zvezdnega sistema.
ILYA KHEL