5 grans preguntes sobre la tecnologia Starshot Nanocraft

Dimarts, el multimilionari rus Yuri Milner i la famosa astrofísica Stephen Hawking van anunciar el seu pla de 100 milions de dòlars per estudiar Alpha Centauri, el sistema estel·lar més proper a la Terra (només a 4,37 anys llum de distància). L'objectiu, entre diverses investigacions científiques diferents, és trobar bàsicament si hi ha extraterrestres en aquest coll dels boscos, o almenys si hi ha planetes o llunes en el sistema capaços de suportar la vida.

Anomenat Breakthrough Starshot, el projecte consisteix a enviar naus ultralleugeres (anomenades "StarChips") en el seu camí cap a Alpha Centauri portades per un llums impulsat per un feix de llum de 100 gigawatt.

Aquesta és només la punta de l’iceberg. Tot el pla es desprèn com un geni boig, o simplement com una bogeria. Tanmateix, com més busseu, més i més sembla que el pla de Milner i la seva tripulació podria ser realment factible.

Això és degut a que la tecnologia que proposen no està lluny del terreny de la possibilitat. Sens dubte, estén la imaginació, però no la trenca. La tecnologia de llums està sent provada per molts grups de recerca, incloent-hi un organitzat per Bill Nye. L’augment de CubeSats com una manera eficient de fer investigacions espacials i eficaç per a la mida ha demostrat realment quant es pot guanyar mitjançant la creació de naus espacials més petites i lleugeres. Els nano-oficis llançats per Starshot són només un pas lògic en aquesta direcció.

Encara hi ha molt de preguntes que queden sobre com diables Milner, Hawking, i fins i tot el fundador de Facebook, Mark Zuckerberg (un inversor), ho faran. A continuació, es detallen les cinc preguntes més importants sobre la tecnologia de nanocraft i el sistema de llançament de raigs de llum, i algunes respostes que poden proporcionar una idea.

Els feixos de llum com a tecnologia de propulsió - expliqueu-vos!

El pla Starshot per llançar aquests nadons en nanocraft no utilitza combustible ni foc: fa servir llum i làsers. Els làsers enfocats amb alta potència han estat una font d’intriga per als enginyers de propulsió des de fa dècades, però és recentment que finalment podem concebre l’ús d’aquesta tecnologia en diverses aplicacions, incloent-hi el trasllat de restes orbitals fora de la via dels satèl·lits crítics Al cap ia la fi, la llum és una energia capaç d'exercir força en un sistema.

Aquesta és la paraula clau, però: concebre. Encara hem de construir un feix làser que pugui disparar a un altre objecte a espai a través de la força de fotons. Els científics estan treballant en tecnologies de propulsió híbrida que utilitzarien làsers en combinació amb mètodes més convencionals, però no com a propulsor únic.

Es podria dir: "però, com es suposa que funciona una vela solar a l'espai?" Bé, la tecnologia de vela solar requereix utilitzar els fotons produïts pels rajos del sol per propulsar la vela (i la seva nau espacial) cap endavant. La vela arriba a l'espai de la manera més moderna: els coets.

Starshot afirma que un transmissor de llum, una sèrie de làsers configurats a una escala de quilòmetres, podria proporcionar fins a 100 gigawatts d'energia emesa. No usaríem un làser ultra gran, sinó molts més petits. Potser milions o centenars de milions.

Podria ser suficient la força per aconseguir que els nanocultures s’extingeixin de l’atmosfera de la Terra i de l’atracció gravitatòria? Pot ser. Milner creu que Starshot té una millor oportunitat establint la plataforma de llançament en un entorn d'altura, com el desert d'Atacama. (Aquí hi ha quatre suggeriments que vam fer avui). També és relativament prou sec per reduir la probabilitat que el vapor d’aigua s’aconsegueixi i generi més pes sobre la nau espacial o per dificultar la força del làser mentre empeny la nau espacial.

Si tot va bé, les sondes anirien cap a Alpha Centauri a 100 milions de milles per hora i arribaran al sistema en 20 anys.

Els Lightsails són molt prims i super delicats. Com es suposa que sobreviu aquest llançament? Com se suposa que sobreviu a les roques i la pols que gira al voltant de l'espai durant vint anys?

Un lluminós està fet d’un metamaterial ultra fi (un terme que es refereix a materials experimentals) dissenyat per recollir els fotons que s’acompanyen d’una font de llum i utilitzar-los com a força de pressió que exerceix sobre la mateixa vela. Com a resultat, la vela és capaç d’avançar i fins i tot d’accelerar a velocitats molt més altes.

Com he esmentat, els llums no són nous. Bill Nye i la Planetary Society han estat treballant en un projecte de llums de llum que vol demostrar la viabilitat d’aquesta tecnologia com a disseny de propulsió de naus espacials rendible. La NASA posa en marxa el cercador d'asteroides de la Terra Pròxima (NEA Scout) el 2018 a bord Orion per a la missió inaugural del Space Launch System (Sistema de llançament espacial), que arribarà a un asteroide proper mitjançant una vela solar ampliable.

Ambdós llums de llum es troben amb el mateix problema de xocar amb pols i restes interestel·lars que podrien fer forats a la vela i descarrilar tot. Aquesta és una possibilitat bastant diferent, però està limitada per un parell de consideracions.

Primer: l'espai és gran. Hi ha un munt de trossos de matèria que floten, però no és com aquí a la Terra on les partícules de l'aire estan a tot arreu. Els objectes de l’espai són a quilòmetres de distància (tan sols 10 fins a milions, però, tanmateix, quilòmetres). La possibilitat de colpejar alguna cosa, encara que sigui real, encara és relativament remota.

En segon lloc, aquestes veles estaven dissenyades específicament per mantenir-se relativament sòlides sota danys. Prengui el NAD Scout, per exemple. La NASA ha provat que la seva lluminària pot mantenir la integritat estructural, fins i tot si es tracta d’una sèrie d’escombraries espacials. Mentre no hi hagi una lesió catastròfica (com, per exemple, un asteroide de la mida de Texas que entra a la nau espacial), el NAD Scout encara pot avançar i maniobrar-se sobre ordres de la NASA.

Els nanocrafts de Starshot també han de fer front a aquests problemes. Es preveu que els seus llums s'estenguin cap a una mica d’una escala d’uns quants metres, de manera que seran bastant petits. Però seran només uns pocs centenars d’atomes gruixuts i tenen una massa d’un gram. Són prou petits com per evitar gairebé tots els tipus d’objectes que s’enfronen al voltant de l’espai, però en les desafortunades probabilitats que arribin, tota la nau espacial serà destruïda. I no sabem res al voltant del contingut de pols d'Alpha Centauri.

Però hi ha un gran problema amb el qual la nanocraft solament ha de fer front: no es trencarà durant el llançament del feix de llum. S'espera que la vela sigui afectada per un feix que arribarà a aproximadament 60 vegades la llum del sol que arriba a la Terra en qualsevol moment. La vela no només ha de deixar de fondre, sinó també aconseguir entrar a l’espai sense que les forces atmosfèriques els arruïnen. Es calcula que una part en 100.000 de làser seria més que suficient per evaporar la vela. Això mai no s’ha fet abans. No es pot saber quant de proves haurà de dur a terme el projecte Starshot abans d’aconseguir aquesta part.

Com funciona StarChip? Quins tipus de dades se suposa que recull?

El StarChips - que es construeix a l'escala d'un gram i encaixat en el palmell de la mà - no serà el sistema d'última generació que alguna cosa com el rover Curiosity o el telescopi espacial Kepler ens han ajudat per estudiar diferents mons a l'espai. Seran molt bàsics. L'objectiu és enganxar quatre càmeres (dues megapíxels cadascuna) al xip que permetran una imatge molt elemental d'Alpha Centauri i els diferents planetes i llunes del sistema.

Aquesta dada seria transmesa a la Terra mitjançant una antena retràctil de llarg termini, o potser fins i tot utilitzant el lluminós per facilitar les comunicacions basades en làser que podrien enfocar un senyal de tornada cap a la Terra.

Això sembla bastant estàndard. Què se suposa que ens mostraran exactament aquestes imatges?

Hi ha una altra desconeguda. Quan els astrònoms avaluen la possibilitat que altres móns siguin habitables, estan veient una gran quantitat de dades diferents, des de temperatures del planeta, composició, distància de la seva estrella amfitriona, signes d’atmosfera present i molt més. Moltes d'aquestes coses només es poden mesurar a través de diferents tipus de càmeres que es poden veure a l’espectre electromagnètic. En aquests moments, els nanocrafts estarien funcionant amb càmeres no gaire diferents del que utilitzem als nostres smartphones. És poc útil per entendre realment si un planeta o la lluna pot sustentar qualsevol tipus de vida, o ja mostra signes de vida.

Tot i això, quan considerem que l’objectiu és enviar múltiples naus petites a un sistema distant que ho és múltiples anys llum de distància en menys de dues dècades, heu de reduir els costos en algun lloc.

Fins i tot si això sobreviu al viatge a Alpha Centauri, com es pot viure el temps suficient per recopilar prou dades útils?

La longevitat és crucial per al projecte Starshot. La nanocraft ha de mantenir-se alimentada durant diverses dècades per aprofitar realment el seu potencial de recerca. Amb aquesta finalitat, la iniciativa Breakthrough proposa una font d’energia a bord basada en el plutoni-238 o el Americium-241, amb un pes de no més de 150 mil·ligrams.

Bàsicament, a mesura que el plutoni o l'isòtop d'Americium es descomponen, carregaria un ultra-condensador que activa els components de StarChip necessaris per capturar fotografies i transmetre'ls a la Terra. També es podria implementar una font d’energia termoelèctrica per aprofitar les temperatures superficials frontals dels nano-projectes augmentant a mesura que comença a apropar-se a les atmosferes d'altres móns.

La fotovoltaica, que converteix la llum solar en energia, també està considerada. Un prototip de veles solars que Japó va provar fa uns sis anys, IKAROS, va pintar la superfície de la seva vela solar amb una instal·lació fotovoltaica. Això no és pràctic quan la nanocraft finalment ho fa fora dels límits del sistema solar, però podria ser útil per a aquesta durada per estalviar encara més energia de la bateria.

La gran pregunta és si podeu mantenir aquests materials econòmics viables durant 20 o 50 anys. En un escenari ideal, el que probablement tindrà més probabilitats és que cada nanocraft només recopilarà dades durant un període de temps relativament curt: uns pocs mesos. Si Milner i l'empresa estan realment preparats per a produir aquestes coses, no haurien de tenir cap problema en enviar un munt en totes direccions per explorar tant com puguin sobre Alpha Centauri. Esperar que cadascun d'ells funcioni durant anys està força pràctic si no podem intervenir directament i canviar els seus moviments en direccions noves.

Cost

L’objectiu de Milner és que cada nanocraft tingui un cost aproximat sobre el cost que es necessita per crear un iPhone. Cada SmartChip i el combinat de llums d’enllumenat no haurien de ser més que uns pocs centenars de dòlars, i l’objectiu és seguir afegint millors tecnologies a mesura que esdevinguin cada vegada menys costoses en els darrers anys.

En realitat, la part més cara (i probablement la menys viable) d’aquest projecte és el feix de llum. Estem parlant de 100 gigawatts de potència durant dos minuts per disparar la maleïda cosa. Un sol gigawatt pot alimentar 700.000 llars. Per tant, n'hi ha prou amb 70.000.000 de llars.

Això és suficient per poder mantenir diversos països petits. Això és 100 vegades la quantitat produïda per una central nuclear típica. És increïble, fins i tot, entendre com reuniran tanta energia en un lloc únic per llançar un munt de nanotecnologies a l’espai.

El cost total d’un tret de llum que, segons un comentarista del lloc web Breakthrough, és de 70.000 dòlars.

Sí, ho veurem …