Gjennombrudd Starshot

Gjennombrudd Starshot Beskrivelse av dette bildet, også kommentert nedenfor Romføler utstyrt med solseil (kunstnerens syn). Proben til prosjektet Breakthrough Starshot har størrelsen på et frimerke, og seilingen vil være ca 2mx2m (4  m 2 ).

Generell data
Program Gjennombruddsinitiativer
Felt Utforskning
Antall kopier Tusenvis
Status I studiet
Oversikt over Alpha Centauri
Nettstedet gjennombruddsinitiativer.org/Initiative/3
Tekniske egenskaper
Messe ved lansering 1 gram
Framdrift laser fremdrift

Breakthrough Starshot- prosjektet , som ble lansert tidlig i 2016, tar sikte på å sende tusenvis av romprober på omtrent 1 gram, utstyrt med solseil , til Alpha Centauri , stjernesystemet nærmest solsystemet . Den lave vekten av disse sonderne, kombinert med kraften fra den jordbaserte laseren som ble brukt til å drive dem opp til 100 gigawatt (som tilsvarer toppen av strømforbruket registrert i Frankrike 8. februar 2012 kl. 19), ville tillate dem å nå 20% av lysets hastighet i et vakuum og dermed være i stand til å gi bilder av potensielle exoplaneter av Alpha Centauri, spesielt av Proxima Centauri b , i løpet av 40 til 50 år.

Dette prosjektet prøver dermed å omgå tidsbegrensningen som pålegges av konvensjonelle fremdriftsmetoder ( kjemisk eller kjernefysisk fremdrift ) som begrenser utforskningen av nærliggende stjerner fordi varigheten av turen vil være minst flere hundre år. Prosjektet er en del av Breakthrough Initiatives- programmet, som også inkluderer et program kalt Breakthrough Listen for å søke etter radio- eller laserutslipp fra nærliggende stjerner som er manifestasjonen av utenomjordiske sivilisasjoner. Foreløpige studier av gjennombrudd Starshot er finansiert til 100 millioner amerikanske dollar av Yuri Milner , med støtte fra flere anerkjente forskere, inkludert Stephen Hawking og Freeman Dyson . Det ledes av Pete Worden.

Organisasjon

Programmet ledes av Yuri Milner , Mark Zuckerberg og tidligere Stephen Hawking . Styringskomiteen består av tjuefire anerkjente forskere, ledet av Pete Worden, tidligere direktør for Ames Research Center i NASA .

Tekniske egenskaper

Prosjektet inkluderer to underenheter: lasersenderen og de miniatyriserte romsonderne.

Miniatyriserte romsonder

Romsonder har en masse i størrelsesorden ett gram og er utstyrt med et solseil på omtrent 4  m 2 (2  m x 2  m ) som også veier omtrent 1 gram. Disse romsonderne vil være svært mange (i størrelsesorden tusen, eller til og med mange flere). Alle disse romsondene vil på den ene siden være utstyrt med identisk utstyr (kommunikasjon via en integrert laser, energilagring, eventuelt seilkontroll,  etc. ) og på den andre siden med spesifikt utstyr (avhengig av sonder: kamera, radiodetektor, molekylanalysator  osv. ) slik at de kan utføre et oppdrag. Hver sonde vil ikke være unik, noe som gjør tap av noen defekte eksemplarer ikke noe problem.

Disse sonderne ble kastet av tusenvis i en høy bane av et moderskip. De vil da bli akselerert med en gang av laserstrålen.

Lasersenderen

Hensikten med lasersenderen er å belyse solseilet og å akselerere romføleren takket være strålingstrykket . Kraften til laseren vil være i størrelsesorden 100  GW . Laserstrålen vil faktisk genereres ved å kombinere flere lasere med lavere effekt. Laserpulsen varer i omtrent 10 minutter, og leverer 1  TJ til seilet og tillater romfartssonden å nå, med en akselerasjon på mer enn 10.000  g , sin marsjfart (0,2 c ).

Tekniske problemer

Om lag tretti tekniske vanskeligheter har blitt identifisert (samt måten å løse dem på):

Manøvrerbarhet til sonden Av laserdioder som brukes til å korrigere retningen på sondebevegelsen. Fire dioder på noen få watt vil bli brukt til å styre skipet (så langt som mulig). Kamera og fokus Den fotografiske detektoren vil være et sett med 4 plenoptiske detektorer som gjør det mulig å se i alle retninger. Prosessorer Den Moores lov gjør det mulig å vurdere løsninger gitt dobling av databehandling kapasitet hver 18 måneder, sammenlignet med massen av prosessorer. Trommer 150  mg tildeles både radioisotopenergikilden og superkondensatoren for å lagre denne energien. I tillegg ville solseilet gjøre det mulig å gjenvinne en liten del av 6 mW / cm 2 assosiert med støt på seilet fra interstellare partikler, eller rundt 24  W for seilets overflate. Bruken av et solcelleseil som ligner på IKAROS- oppdraget eller av solcellepaneler på sonden, ville gjøre det mulig å gjenvinne nok energi når vi kommer nærmere stjernen. Energikilde Energikilden vil trolig være en radioisotopkilde som ligner på den som for øyeblikket produseres. Energien vil uansett bli brukt med all den beretning som et slikt oppdrag kan kreve. Motstand mot lysstrøm Seilet vil bli belagt med en meget reflekterende sammensetning (som også vil gjøre det mulig å øke skyvekraften), slik at bare en liten del av de 6 GW / m 2 som er planlagt for solseilet kan absorberes (planlagt reduksjonskoeffisient er milliarder, eller til slutt 6  W absorbert). Materialet som brukes må ha svært lav absorbans over et spektralbånd, med tanke på Doppler-effekten . Struktur av solseilet Denne strukturen må være ultralett, motstandsdyktig mot interstellare partikler og potensielt i stand til å modifisere seilet for å styre skipet. Sondens stabilitet under akselerasjon Vingsegenskapene må være helt homogene for å kunne kontrollere sondenes bane under akselerasjonen og forbli i laserstrålen. Det finnes prosesser, det gjenstår å bruke dem på solseilet. Kostnad for bakken laser stasjon Kostnadene ved lasere faller stadig eksponentielt. Kostnaden for bakkestasjonen skal kunne holde seg innenfor akseptable grenser på mellomlang sikt. Laserkilden bør være mellom 200  m 2 og 1  km 2 . Fokus Målet er å fokusere strålen på 16  m 2 seil fra mikrosondene i løpet av de 2 millioner km som sonden har reist under akselerasjonen. Foreløpig er det mulig å fokusere laserstråler på en vinkel i størrelsesorden nanoradian. Det ser ut til å være mulig å gå under nanoradisk skala ved hjelp av interferometriske metoder (for øyeblikket gjort med Event Horizon Telescope for bølgelengder i størrelsesorden en millimeter). Målet er å ha en laserstråle med mikrometrisk bølgelengde. Alle sendere vil bli synkronisert i fase for å begrense diffraksjon. Jordens atmosfære Jordens atmosfære er en plage for lasersendere på to måter. Den absorberer delvis den overførte energien, og krever en optimalisert bølgelengde og et overskudd av kraft for å kompensere for disse tapene. Den planlagte laserkilden vil være av mikrobølgeovnen. Det andre punktet skyldes atmosfærisk turbulens som forringer signalets nøyaktighet. For å redusere denne turbulensen, må laseren være i høyde med adaptiv optikk . Energikilde Laseren er i høyde og vil på forhånd være plassert på et isolert sted. Det vil derfor være nødvendig å bygge et elektrisk kraftverk på stedet med en effekt på rundt hundre kilowatt, sikkert gassfyrt, og å koble det til et system med akkumulatorer (batterier, superkondensatorer, mekaniske svinghjul osv.). Kjøling av lasersenderen Størrelsen på systemet på bakken vil tillate aktiv kjøling, men sistnevnte vil forbruke energien som kreves for størrelsen på kraftverket. I tillegg vil laseren ha en virkningsgrad estimert til 50%, det være nødvendig å evakuere en energi i størrelsesorden hundre GW i løpet av ti minutter. Sikkerhet i bjelken Hjelpesystemer (synlig laser, lydsignal osv.), I tillegg til høyden, vil gjøre det mulig å begrense brudd på lysstrålens plass (100 ganger lysere enn solen vår). Interstellar reaksjon og skjerming Det interstellare støvet og kosmisk stråling vil påvirke integriteten til solseilet og skipet. Å brette seilet sammen kan være en løsning. Seksjonen av fartøyet i retning av dets bevegelse skal være så liten som mulig. Et offergrafitt (eller berylliumbronse ) skjold plassert foran sonden kan brukes til å beskytte det. Misforståelse av Alpha Centauri Uvitenheten om ankomstsystemet er en del av gjenstanden for oppdraget, som spesielt vil gi oss mer om dette systemet. Motta signalet fra jorden Det vil være mulig å rekonfigurere lasersenderen til et radioteleskop, for å isolere og deretter tolke signalene fra mikrosondene. Fordelen med å ha en laseremitter er at fotoner sendes ut med en ren frekvens. Det vil derfor være mulig (å ta i betraktning skiftet mot det røde ) mulig å filtrere signalet til den ekstremt intense glorien som genereres av det binære systemet til kentaurens Alpha . I følge beregninger kan 20 000 fotoner per sekund mottas av teleskopet som fungerer som laserkilde på overflaten km ², som representerer et signal / støyforhold på 10-7 (som potensielt kan utnyttes).

Alternativ

Hastigheten på Breakthrough Starshot- prosjektprober er for høy til å tillate en bane i Centaurs Proxima-system. Et alternativ foreslått for å nå Proxima er å redusere hastigheten på sonderne for å tillate tilstrekkelig retardasjon av strålingstrykket og gravitasjonsassistansen til Alpha Centauri-systemet for en bane. Maksimal hastighet for et ti gram skip med seil med egenskaper som grafen for bane rundt Proxima Centauri er 0,046c, tilsvarende en lengre tur enn det som ble spådd av gjennombrudd Starshot , 95 år fra jorden til Alpha Centauri, som det er la til overføring av sonder fra Alpha Centauri AB til Proxima Centauri i flere tiår og modifisering av den første bane til sonder (som ville være sterkt elliptisk). Imidlertid vil en bane tillate retur av prøver til jorden.

Merknader og referanser

Merknader

  1. Ifølge Yuri Milner vil utviklingen av prosjektet ta omtrent tjue år, ankomsten av sonder i Alpha Centauri-systemet vil også ta omtrent 20 år, og ankomsten av de første dataene fra systemet vil ta 4 år å ankomme Jord.

Referanser

  1. Sophie Amsili, "  Elektrisitet: hvorfor vi spiller inn plater  ", Le Figaro ,februar 2012( les online , konsultert 9. januar 2017 ).
  2. (in) "  Reaching for the Stars, Across 4.37 Light Years  " , på nytimes.com .
  3. (i) Zeeya Merali, "  Shooting for en stjerne  " , Science ,27. mai 2016( DOI  10.1126 / science.352.6289.1040 ).
  4. (in) "  Breakthrough Initiatives  " på breakthroughinitiatives.org (åpnet 13. april 2016 ) .
  5. (in) "  Breakthrough Initiatives  " på breakthroughinitiatives.org (åpnet 13. april 2016 ) .
  6. (i) Harry A. Atwater , Artur R. Davoyan Ognjen Ilic , Deep Jariwala , Michelle C. Sherrott Cora Mr. Went , William S. Whitney og Joeson Wong , "  Materials for the challenges Starshot LightSail  " , Nature Materials , Springer Nature America, Inc, vol.  17, n o  107. mai 2018, s.  861–867 ( ISSN  1476-1122 , DOI  10.1038 / s41563-018-0075-8 ).
  7. (i) H. Popova , Mr. Efendiyev og I. Gabitov , "  Om stabiliteten til et romfartøy som kjører intens laserstråle ett år  " , arXiv: 1610.08043 [astro-ph] ,26. oktober 2016( les online , konsultert 12. desember 2016 ).
  8. (i) Gabriel Popkin , "  hva det vil ta å nå stjernene  " , Nature , vol.  542, n o  7639,2. februar 2017, s.  20–22 ( DOI  10.1038 / 542020a ).
  9. (i) "  Cruise Interstellar Dust  " , på breakthroughinitiatives.org .
  10. (in) "  Interstellare sonder vil bli erodert på vei til Alpha Centauri  " , på newscientist.com ,24. august 2016.
  11. “  Breakthrough Initiatives,  ” på breakthroughinitiatives.org (åpnet 25. november 2019 )
  12. (i) René Heller og Michael Hippke , "  retardasjon av høy-hastighets-Interstellar Photon seiler over i bundet baner ved α Centauri  " , Astrophysical Journal Letters , vol.  835, n o  to1 st januar 2017, s.  L32 ( ISSN  2041-8205 , DOI  10.3847 / 2041-8213 / 835/2 / L32 ).

Se også

Relaterte artikler

Eksterne linker