Layar luar angkasa berkecepatan tinggi ini dapat membawa kita ke sistem bintang berikut

Hanya sekitar 4 tahun cahaya dari tata surya kita terletak Alpha Centauri, lingkungan luar angkasa yang ramai. Ini dipasang oleh Bintang tiga Dengan fungsi yang sama seperti matahari kita, ia memiliki planet yang mirip dengan delapan benda terkenal kita dan mungkin memiliki kembaran Bumi Berkeliling di zona layak huni. Hampir seperti realitas alternatif, sistem bintang adalah area yang membingungkan bagi penjelajah ruang angkasa.

Hanya ada satu kasus yang jelas. Dengan teknologi kami saat ini, pesawat ruang angkasa yang dikirim tidak akan mencapai Alpha Centauri sampai sekitar tahun 82022. Itu sebabnya, pada tahun 2016, mendiang astrofisikawan Stephen Hawking dan investor Yuri Milner Diluncurkan Peretasan Starshot – Inisiatif untuk mengirim wahana antariksa berukuran wafer ke Alpha Centauri dengan kecepatan 20% kecepatan cahayamengurangi waktu perjalanan yang sangat besar menjadi hanya 20 tahun.

Skema mereka berfokus pada layar optik yang memanfaatkan kekuatan foton, juga dikenal sebagai partikel cahaya, yang dipancarkan oleh laser berbasis darat, daripada angin seperti layar tradisional. Meskipun sangat cocok dengan teknologi sci-fi Star Trek, ide tersebut telah mendapatkan begitu banyak popularitas sehingga para peneliti di mana-mana mulai mempelajari cara membuat gadget alien bekerja, berharap untuk menghasilkan mesin hiper yang meledak di seluruh alam semesta di tingkat memusingkan.

Salah satu tim dari University of Pennsylvania memecahkan sebagian besar teka-teki. pada Beberapa makalah yang diterbitkan bulan ini di Nano LettersDan Para peneliti telah mengusulkan cara untuk memastikan bahwa pesawat ruang angkasa inovatif ini tidak terkoyak oleh pulsa laser yang intens selama penerbangan antarbintang dua dekade. Pada dasarnya, para peneliti menyarankan bahwa layar harus “mengalir” dalam ruang hampa seperti layar perahu biasa di tengah angin Bumi.

“Beberapa angka layar ringan sejak awal melambat, beberapa tidak, tetapi mereka belum dipelajari dengan baik,” kata penulis studi Igor Bargatin, profesor di Departemen Teknik Mesin dan Mekanika Terapan Universitas Pennsylvania. “Apa yang kami lakukan adalah menunjukkan bahwa Anda benar-benar perlu kembung.

“Kami menyadari bahwa orang tidak benar-benar mempertimbangkan mekanisme masalahnya, khususnya kemungkinan menangis,” tambah Bargatin. “Kami ingin memastikan ide itu terwujud, dan ketika direalisasikan, orang memperhatikan hal-hal yang bisa terjadi saat akselerasi.

“Kami tidak ingin layar ini gagal.”

Parameter kapal antarbintang

Bayangkan sebuah perahu mengarungi laut dengan layar terpasang padanya. Layar akan naik dengan setiap hembusan angin dan mendorong kapal ke depan. Dorongan ini disebabkan oleh mundurnya angin yang mengenai layar, menciptakan tekanan.

Lightsails tidak jauh berbeda.

“Ketika foton mengenai layar cahaya kami, mereka dipantulkan dan mereka juga menciptakan tekanan,” kata Bargatin. “Mekanisme yang tepat sedikit berbeda karena kita berbicara tentang molekul udara ringan versus molekul udara sebenarnya. Tapi bagaimanapun juga, hal itu menciptakan tekanan.” Faktanya, perangkat semacam itu telah terbukti sampai batas tertentu efektif.

Pada tahun 2010, Badan Eksplorasi Dirgantara Jepang Ini meluncurkan misi berlayar ringan yang disebut Ikaros Dia menganggapnya sukses. pada 2019, Demo LightSail 2 Gugatan afiliasi. Didanai oleh kampanye Kickstarter yang dimulai oleh Bill Nye dan Neil DeGrasse Tyson, ia menerbangkan satelit kecil ke luar angkasa menggunakan kekuatan murni foton.

Tapi baik Ikaros dan LightSail 2 menggunakan cahaya yang dipancarkan oleh matahari, tidak seperti visi laser Breakthrough Starshot.

Meskipun sinar matahari mengurangi risiko air mata, itu terlalu lemah untuk upaya Starshot. Selain itu, kata Bargattin, pulsa cahaya Starshot seharusnya terjadi dalam waktu yang relatif singkat karena begitu layar cahaya terlalu jauh dari Bumi, para ilmuwan kehilangan kemampuan mereka untuk mempercepatnya secara efektif.

Singkatnya, untuk mencapai seperlima dari kecepatan cahaya – sehingga dapat mencapai Alpha Centauri dalam dua puluh tahun yang diperlukan – dalam jendela yang ketat, lampu akan membutuhkan pulsa cahaya yang sangat kuat yang hanya mungkin dengan laser.

“Tekanan yang dirancang pada kuku fotonik kami tidak besar,” kata Bargatin. “Ini hampir seperti memiliki satu sen di tanganmu.” Secara ilmiah, tekanan bertambah hingga sekitar 10 Pa, kata Bargatin, tetapi pertimbangkan bagaimana kita menjalani hidup kita tanpa mengkhawatirkan tekanan ringan. Sangat.

Sepuluh Pas kekuatan cahaya membutuhkan banyak energi laser, jadi tidak seperti tarian Icarus dari sinar matahari yang lembut, paku cahaya yang dipancarkan oleh pulsa laser yang sangat keras dapat rusak.

Cara membuat layar ringan permanen

Menurut para peneliti, pulsa laser yang kuat dapat menciptakan tekanan yang cukup kuat untuk melengkungkan dan merobek pelat seperti layar perahu yang kencang yang bisa meledak jika embusan angin raksasa menghantamnya.

Mereka percaya lampu harus memiliki kemampuan untuk “menonjol” dan membentuk bentuk yang agak melengkung seperti kanopi. Bargatin menjelaskan bahwa panjang layar dan jari-jari kelengkungan harus sekitar 3 meter. Dalam makalah baru mereka, penulis menguraikan pengukuran geometris yang memastikan distensi optimal.

Bahkan layar tipis yang terlindung dari air mata akan menghadapi rintangan lain. Untuk mengatasi masalah tersebut, parameter utama yang harus diperhatikan adalah material kapal layar. Panel harus kuat agar tahan lama dan ringan untuk mengurangi daya laser dan memantulkan cahaya secara efisien untuk daya dorong yang optimal dan melepaskan panas yang dihasilkan oleh pulsa laser.

Bargatin mengatakan bahwa jika bagian terakhir tidak diurus, itu benar-benar dapat berlayar fusi dalam ruang.

“Anda dapat menemukan berbagai bahan. Ketebalan bahan itu dan geometri lengkung akan memungkinkan layar mengatasi tekanan yang saat ini kami rancang,” kata Bargatin, mencatat bahwa timnya sebagian besar mencari bahan yang disebut molibdenum. disulfida.

Namun, dalam skema besar, membangun susunan laser besar yang akan mengirimkan seberkas cahaya ke depan akan menjadi rintangan besar. Para peneliti yang bekerja di bidang komunikasi luar angkasa juga masih mencari cara untuk mengambil informasi dari probe microchip yang terpasang pada layar optik, kata Bargatin.

Jika mekanisme Breakthrough Starshot bekerja suatu hari nanti, itu akan menjadi bukti nyata kecemerlangan manusia dalam sains. Dalam mengumumkan tujuan besar organisasi enam tahun lalu, Monumen Hawking:

“Saya pikir apa yang membuat kita unik adalah melampaui batas kita. Gravitasi menahan kita ke tanah, tetapi saya baru saja terbang ke Amerika. Saya kehilangan suara, tetapi saya masih bisa berbicara, berkat perangkat sintesis suara saya. Bagaimana kita melewatinya? batasan ini?”

Dengan pikiran dan mesin kita.