Vienā reizē cilvēcei bija ambīcijas, kas noveda pie tādiem neticamiem projektiem kā pirmais apkalpotais lidojums kosmosā vai misija uz Mēnesi. Nākamais solis būs planētu kolonizācija un pēc tam starpzvaigžņu ceļojums. Izrāviena Starshot iniciatīva ir cilvēka ambīciju pārņēmēja un sola bruģēt mūsu ceļu uz zvaigznēm tiešā tuvumā.
Izrāviens Starshot, krievu miljardieru uzņēmēja Jurija Milnera smadzenes, kļuva slavens 2016. gada aprīlī preses konferencē, kurā piedalījās slaveni fiziķi, tostarp Stefans Hokings un Freeman Dyson. Kamēr projekts nebūt nav pabeigts, provizoriskais plāns paredz tūkstošiem pastmarkas lieluma mikroshēmu nosūtīšanu uz lielām sudraba burām, kuras vispirms nonāks Zemes orbītā un pēc tam paātrinās uz zemes bāzēti lāzeri.
Divās minūtēs ar lāzera paātrinājumu kosmosa kuģis paātrinās līdz vienai piektdaļai gaismas ātrumu - tūkstoš reižu ātrāk nekā jebkurš mākslīgais transportlīdzeklis visā cilvēces vēsturē.
Katrs kosmosa kuģis lidos 20 gadus un vāc zinātniskos datus par starpzvaigžņu kosmosu. Sasniedzot planētas Alpha Centauri zvaigžņu sistēmā, iebūvētā digitālā kamera uzņems augstas izšķirtspējas fotogrāfijas un nosūtīs attēlus atpakaļ uz Zemi, ļaujot mums palūkoties uz mūsu tuvākajiem planētu kaimiņiem. Papildus zinātniskajām atziņām mēs varam uzzināt, vai šīs planētas ir piemērotas cilvēku kolonizācijai.
Komanda aiz “Breakthrough Starshot” ir tikpat iespaidīga kā tehnoloģija. Direktoru padomē ietilpst Milners, Hokings un Marks Zuckerbergs, Facebook izveidotājs. Pete Warden, bijušais NASA Ames pētījumu centra direktors, ir izpilddirektors. Vairāki ievērojami zinātnieki, tostarp Nobela prēmijas laureāti, konsultē projektu, un Milners ieguldīja 100 miljonus dolāru no saviem līdzekļiem, lai sāktu darbu. Kopā ar kolēģiem viņi vairāku gadu laikā iegulda vairāk nekā 10 miljardus dolāru, lai pabeigtu darbu.
Lai arī visa šī ideja šķiet pilnīgi zinātniska, tās īstenošanai nav zinātnisku šķēršļu. Tomēr tam nav jānotiek rīt: lai Starshot būtu veiksmīgs, ir nepieciešami vairāki sasniegumi tehnoloģijās. Organizatori un zinātniskie konsultanti tic eksponenciālam progresam un tam, ka Starshot darbojas jau 20 gadus.
Zemāk jūs atradīsit vienpadsmit Starshot tehnoloģiju sarakstu un to, kas cer, ka zinātnieki cer uz viņu eksponenciālo attīstību nākamo divdesmit gadu laikā.
Reklāmas video:
Exoplanet noteikšana
Eksoplaneta ir planēta ārpus mūsu Saules sistēmas. Lai arī pirmais eksoplanētas zinātniskais atklājums notika tikai 1988. gadā, no 2017. gada 1. maija 2 702 planētu sistēmās tika atklāti 3 608 eksoplaneti. Lai gan dažas no tām atgādina Saules sistēmas planētas, ir daudz neparastu, piemēram, tādas, kuru gredzeni ir 200 reizes platāki nekā Saturna.
Kāds ir šo atklājumu plūdu iemesls? Būtiski teleskopu uzlabojumi.
Tieši pirms 100 gadiem lielākais teleskops pasaulē bija Hooker teleskops ar 2,54 metru spoguli. Mūsdienās ESO ļoti lielais teleskops, kas sastāv no četriem lieliem teleskopiem, kuru diametrs ir 8,2 metri, ir visražīgākais uz zemes esošais astronomiskais objekts, kas dienā sastāda vienu zinātnisku rakstu par katru ekspertu pārskatu.
Zinātnieki izmanto MBT un īpašu rīku, lai meklētu cietas ekstrasolārās planētas zvaigznes potenciāli apdzīvojamā zonā. 2016. gada maijā zinātnieki, izmantojot Čīlē izmantoto teleskopu TRAPPIST, potenciāli apdzīvojamā zonā atrada nevis vienu, bet septiņas Zemes eksoplanētas vienlaicīgi.
Tikmēr kosmosā NASA kosmosa kuģis Kepler, kas īpaši izstrādāts uzdevumam, jau ir identificējis vairāk nekā 2000 eksoplanetu. Džeimsa Veba kosmiskais teleskops, kas tiks palaists 2018. gada oktobrī, sniegs vēl nebijušu ieskatu par to, vai eksoplanetes var atbalstīt dzīvību. "Ja šīm planētām ir atmosfēra, JWST būs atslēga, lai atklātu viņu noslēpumus," saka Dogs Hudgins, eksoplanētas programmas zinātnieks NASA galvenajā mītnē Vašingtonā.
Uzsākšanas izmaksas
Mātes kuģis Starshot tiks palaists uz raķetes un uzsāks 1000 kuģus. Kravas pārvadāšanas izmaksas, izmantojot vienreiz lietojamas raķetes, ir milzīgas, taču privāti pakalpojumu sniedzēji, piemēram, SpaceX un Blue Origin, ir pierādījuši panākumus atkārtoti izmantojamu raķešu palaišanā, kas, domājams, ievērojami samazinās palaišanas izmaksas. SpaceX jau ir samazinājis izmaksas līdz USD 60 miljoniem, lai palaistu Falcon 9, un, paplašinoties privāto kosmosa industrijai un kļūstot arvien izplatītākām atkārtoti lietojamām raķetēm, cena kritīsies un kritīsies.
Cieti
Katrā 15 mm Starchip ("zvaigžņu mikroshēmā") jābūt lielam komplektam sarežģītu elektronisko ierīču, piemēram, navigācijas sistēmas, kameras, sakaru lāzera, radioizotopu akumulatora, kameras multipleksora un tā interfeisa. Inženieri cer, ka viņi to visu var izspiest nelielā pastmarkas lieluma mašīnā.
Galu galā 60. gados pirmajās datoru mikroshēmās bija nedaudz tranzistoru. Pateicoties Mūra likumam, šodien katrā mikroshēmā var ietilpt miljardiem tranzistoru. Pirmā digitālā kamera svēra vairākus kilogramus un tajā tika uzņemti 0,01 megapikseļu attēli. Mūsdienās digitālās kameras sensors uzņem augstas kvalitātes krāsainus attēlus ar 12 megapikseļu izšķirtspēju un iekļaujas viedtālrunī - kopā ar citiem sensoriem, piemēram, GPS, akselerometru un žiroskopu. Un mēs redzam, ka šie uzlabojumi ir iesaistīti kosmosa izpētē ar mazākiem satelītiem, kas mums nodrošina kvalitatīvus datus.
Lai Starshot būtu veiksmīgs, mums līdz 2030. gadam būs vajadzīga mikroshēmas masa aptuveni 0,22 grami. Bet, ja uzlabojumi turpinās notikt tādā pašā tempā, prognozes liecina, ka tas ir pilnīgi iespējams.
Viegla bura
Burai jābūt izgatavotam no materiāla, kas būs ļoti atstarojošs (lai no lāzera iegūtu maksimālu impulsu), minimāli absorbējošs (lai to nededzinātu karstums) un vienlaikus ļoti viegls (atļauts ātram paātrinājumam). Šie trīs kritēriji ir ārkārtīgi svarīgi, un pašlaik tiem nav piemērota materiāla.
Nepieciešamie sasniegumi var rasties, automatizējot mākslīgo intelektu un paātrinot jaunu materiālu atklāšanu. Šī automatizācija ir aizgājusi tik tālu, ka mašīnmācīšanās metodes mūsdienās var "ģenerēt piemērotu materiālu kandidātu bibliotēkas desmitiem tūkstošu pozīciju" un ļaut inženieriem noteikt, par kurām ir vērts cīnīties, un kuras no tām ir vērts pārbaudīt noteiktos apstākļos.
Enerģijas uzkrāšana
Lai gan Starchip 24 gadu ceļojumā izmantos niecīgu radioizotopu akumulatoru, mums tomēr būs vajadzīgas parastās ķīmiskās baterijas lāzeriem. Lāzeriem īsā laikā būs jāatbrīvo kolosālā enerģija, tas nozīmē, ka enerģija būs jāuzglabā tuvumā esošajās baterijās.
Baterijas uzlabojas par aptuveni 5-8% gadā, lai gan mēs to bieži neredzam, jo palielinās enerģijas patēriņš. Ja akumulatori turpinās uzlaboties tādā ātrumā, divdesmit gadu laikā tiem būs 3–5 reizes lielāka jauda nekā šobrīd. Citas inovācijas varētu sekot lieliem ieguldījumiem akumulatoru nozarē. Tesla-Solar City kopuzņēmums Kauai jau ir piegādājis 55 000, lai darbinātu lielāko daļu savas infrastruktūras.
Lāzeri
Lai kuģi virzītu kopā ar buru, tiks izmantoti tūkstošiem jaudīgu lāzeru.
Lāzeri ievēroja Mūra likumu tāpat kā integrētās shēmas, ik pēc 18 mēnešiem dubultojot jaudu. Pēdējā desmitgadē ir dramatiski paātrinājies diožu un šķiedru lāzeru jaudas palielinājums. Pirmais caurdūra 10 kilovatus vienmoda šķiedras 2010. gadā un 100 kilovatu barjeru dažus mēnešus vēlāk. Papildus neapstrādātai jaudai mums ir nepieciešami arī panākumi fāzētu bloku lāzeru apvienošanā.
Ātrums
Mūsu spēja ātri pārvietoties … ātri pārvietota. 1804. gadā vilciens tika izgudrots un ļoti drīz ieguva nedzirdētu ātrumu 100 kilometri stundā. Kosmosa kuģis "Helios-2" šo rekordu aizēnoja 1976. gadā: visātrākajā brīdī "Helios-2" attālinājās no Zemes ar ātrumu 356 040 km / h. 40 gadus vēlāk kosmosa kuģis New Horizons ir sasniedzis heliocentrisko ātrumu 45 kilometri sekundē (vairāk nekā 200 000 kilometru stundā). Bet pat tādā ātrumā būtu nepieciešams ilgs laiks, lai sasniegtu Alfa Kentauri, kas atrodas četrus gaismas gadus tālu.
Kaut arī daļiņu paātrinātājos subatomisko daļiņu paātrināšana līdz gandrīz gaismas ātrumam ir kļuvusi ikdienišķa, makroskopiskie objekti nav spējuši to paātrināt. Sasniedzot 20%, gaismas ātrums būtu 1000 reizes lielāks par jebkura cilvēka uzbūvēta objekta ātrumu.
Atmiņas glabāšana
Spēja uzglabāt informāciju kļuva par aprēķinu pamatu. Starshot būs atkarīgs no nepārtrauktas digitālās atmiņas izmaksu un lieluma samazināšanās, lai nodrošinātu pietiekamu vietu tās programmām un attēliem, kas uzņemti Alpha Centauri zvaigžņu sistēmā un uz tās planētām.
Atmiņas izmaksas gadu desmitiem ir strauji samazinājušās: 1970. gadā megabaita vērtība bija aptuveni miljons dolāru; tagad - tikai penss. Samazinājies arī glabāšanai nepieciešamais izmērs - no 5 megabaitu cietā diska, kas 1956. gadā tika ielādēts ar autoiekrāvēju, līdz 512 gigabaitu USB zibatmiņām, kas sver dažus gramus.
Telekomunikācijas
Tiklīdz Starchip būs notverti attēli, tie būs jānosūta atpakaļ uz Zemi apstrādei.
Kopš Aleksandrs Grehems Bells 1876. gadā izgudroja tālruni, telekomunikācijas ir ievērojami progresējušas. Vidējais interneta ātrums šodien ir aptuveni 11 megabiti sekundē. Joslas platumam un ātrumam, kas nepieciešams digitālo attēlu nosūtīšanai 4 gaismas gadu laikā - 40 triljoni kilometru -, būs nepieciešami jaunākie sasniegumi telekomunikāciju jomā.
Li-Fi tehnoloģija ir ārkārtīgi daudzsološa, un tās bezvadu pārraide solās būt 100 reizes ātrāka nekā Wi-Fi. Ir arī eksperimenti kvantu telekomunikāciju jomā, kas nebūs ātri, bet droši.
Aprēķini
Pēdējais Starchip projekta solis būs kosmosa kuģa atgriezto datu analīze. Lai to izdarītu, mums būs jāpaļaujas uz skaitļošanas jaudas eksponenciālo attīstību, kas pēdējo 60 gadu laikā ir palielinājusies triljonu reižu.
Nesen skaitļošanas izmaksu kritums ir cieši saistīts ar mākoņiem. Raugoties nākotnē un izmantojot jaunas skaitļošanas metodes, piemēram, kvantu, mēs varam gaidīt jaudas palielinājumu 1000 reizes līdz brīdim, kad Starshot atgriezīs datus. Šī izcila skaitļošanas jauda ļaus mums veikt sarežģītas zinātniskas simulācijas un mūsu tuvākās kaimiņu zvaigžņu sistēmas analīzes.
ILYA KHEL