Breakthrough Starshot es un proyecto de investigación e ingeniería de Breakthrough Initiatives para desarrollar una flota de prueba de concepto de sondas interestelares de vela ligera llamada Starchip , [1] para poder hacer el viaje al sistema estelar Alpha Centauri a 4.37 años luz de distancia. . Fue fundada en 2016 por Yuri Milner , Stephen Hawking y el fundador de Facebook, Mark Zuckerberg . [2] [3]
Se ha propuesto una misión de sobrevuelo a Proxima Centauri b , un exoplaneta del tamaño de la Tierra en la zona habitable de su estrella anfitriona, Proxima Centauri , en el sistema Alpha Centauri. [4] A una velocidad entre el 15% y el 20% de la velocidad de la luz , [5] [6] [7] [8] se necesitarían entre veinte y treinta años para completar el viaje y aproximadamente cuatro años para regresar. mensaje de la nave estelar a la Tierra.
Los principios conceptuales para permitir este proyecto de viaje interestelar se describieron en "Una hoja de ruta para el vuelo interestelar", por Philip Lubin de UC Santa Barbara . [9] [10] El envío de la nave espacial liviana implica una serie de varios kilómetros en fases de láseres dirigibles por haz con una salida de potencia coherente combinada de hasta 100 GW . [11]
General
El proyecto fue anunciado el 12 de abril de 2016 en un evento celebrado en la ciudad de Nueva York por el físico y capitalista de riesgo Yuri Milner , junto con el cosmólogo Stephen Hawking , quien se desempeñaba como miembro de la junta de las iniciativas. Otros miembros de la junta incluyen al CEO de Facebook , Mark Zuckerberg . El proyecto cuenta con una financiación inicial de US $ 100 millones para iniciar la investigación. Milner calcula el costo final de la misión entre 5.000 y 10.000 millones de dólares y estima que la primera nave podría lanzarse alrededor de 2036. [6] Pete Worden es el director ejecutivo del proyecto y el profesor de Harvard Avi Loeb preside el consejo asesor del proyecto. [12]
Líderes
Comité Asesor y de Gestión [12]
- Pete Worden , director ejecutivo de Breakthrough Starshot; ex director del Centro de Investigación Ames de la NASA
- Avi Loeb , presidente del Comité Asesor de Breakthrough Starshot; Universidad Harvard
- Jim Benford, Ciencias de microondas
- Steven Chu , premio Nobel de la Universidad de Stanford
- Bruce Draine, Universidad de Princeton
- Ann Druyan , Cosmos Studios
- Louis Friedman , Sociedad planetaria, JPL
- Robert Fugate, Arctelum, LLC, Tecnología de Nuevo México
- Giancarlo Genta , Universidad Politécnica de Turín
- Olivier Guyon , Universidad de Arizona
- Mae Jemison , nave estelar de 100 años
- Joan Johnson-Freese, Escuela de Guerra Naval de EE. UU.
- Pete Klupar, director de ingeniería de Breakthrough Starshot; ex Director de Ingeniería, Centro de Investigación Ames de la NASA
- Jeff Kuhn, Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawái
- Geoff Landis , SA Glenn Research Center
- Kelvin Long, Revista de la Sociedad Interplanetaria Británica
- Greg Matloff, Facultad de Tecnología de la Ciudad de Nueva York
- Claire Max , Universidad de California, Santa Cruz
- Kaya Nobuyuki, Universidad de Kobe
- Kevin Parkin , Parkin Research
- Mason Peck , Universidad de Cornell
- Saul Perlmutter , ganador del premio Nobel, ganador del premio Breakthrough, UC Berkeley y Lawrence Berkeley National Laboratory
- Martin Rees , astrónomo real
- Roald Sagdeev , Universidad de Maryland
- Ed Turner, Universidad de Princeton, NAOJ
Objetivos
El programa Breakthrough Starshot tiene como objetivo demostrar una prueba de concepto para nano naves espaciales ultrarrápidas impulsadas por la luz, y sentar las bases para un primer lanzamiento a Alpha Centauri dentro de la próxima generación. [13] Los objetivos secundarios son la exploración del Sistema Solar y la detección de asteroides que cruzan la Tierra . [14] La nave espacial haría un sobrevuelo y posiblemente fotografiaría cualquier mundo similar a la Tierra que pudiera existir en el sistema.
Planeta objetivo
El Observatorio Europeo Austral (ESO) anunció la detección de un planeta en órbita alrededor de la tercera estrella del sistema Alpha Centauri, Proxima Centauri en agosto de 2016. [15] [16] El planeta, llamado Proxima Centauri b , orbita dentro de la zona habitable de su estrella. Podría ser un objetivo para uno de los proyectos de las iniciativas revolucionarias.
En enero de 2017, Breakthrough Initiatives y el Observatorio Europeo Austral comenzaron a colaborar para buscar planetas habitables en el sistema estelar cercano Alpha Centauri. [17] [18] El acuerdo involucra iniciativas innovadoras que proporcionan fondos para una actualización del instrumento VISIR (generador de imágenes y espectrómetro VLT para infrarrojo medio) en el Very Large Telescope (VLT) de ESO en Chile . Esta actualización aumentará la probabilidad de detección de planetas en el sistema.
Concepto
El concepto Starshot prevé el lanzamiento de una " nave nodriza " que transporta alrededor de mil pequeñas naves espaciales (en la escala de centímetros) a una órbita terrestre a gran altitud para su despliegue. Una serie en fases de láseres terrestres enfocaría un haz de luz en las velas de las naves para acelerarlas una a una hasta la velocidad objetivo en 10 minutos, con una aceleración promedio del orden de 100 km / s 2 (10,000 ɡ ). , y una energía de iluminación del orden de 1 TJ entregada a cada vela. Se sugiere que un modelo de vela preliminar tenga una superficie de 4 m × 4 m. [19] [20] Una presentación de octubre de 2017 del modelo del sistema Starshot [21] [22] examinó las velas circulares y encontró que el costo de capital del director de la viga se minimiza al tener un diámetro de vela de 5 metros.
El planeta del tamaño de la Tierra Proxima Centauri b se encuentra dentro de la zona habitable del sistema Alpha Centauri . Idealmente, Breakthrough Starshot apuntaría su nave espacial a una unidad astronómica (150 millones de kilómetros o 93 millones de millas) de ese mundo. Desde esta distancia, las cámaras de una nave podrían capturar una imagen con una resolución lo suficientemente alta como para resolver las características de la superficie. [23]
La flota tendría alrededor de 1000 naves espaciales. Cada uno, llamado StarChip, sería un vehículo muy pequeño de un centímetro que pesaría unos pocos gramos. [1] Serían propulsados por una matriz de kilómetros cuadrados de láseres terrestres de 10 kW con una potencia combinada de hasta 100 GW. [24] [25] Un enjambre de aproximadamente 1000 unidades compensaría las pérdidas causadas por las colisiones de polvo interestelar en ruta hacia el objetivo. [24] [26] En un estudio detallado en 2016, Thiem Hoang y coautores [27] encontraron que mitigar las colisiones con polvo , hidrógeno y rayos cósmicos galácticos puede no ser un problema de ingeniería tan severo como se pensó en un principio. [28]
Desafíos técnicos
La propulsión de la luz requiere una potencia enorme: un láser con un gigavatio de potencia (aproximadamente la salida de una gran planta nuclear) proporcionaría solo unos pocos newtons de empuje . [25] La nave espacial compensará el bajo empuje al tener una masa de solo unos pocos gramos. La cámara, la computadora, el láser de comunicaciones, una fuente de energía nuclear y la vela solar deben miniaturizarse para que quepan dentro de un límite de masa. [25] [29] Todos los componentes deben estar diseñados para soportar aceleraciones extremas , frío, vacío y protones. [26] La nave espacial tendrá que sobrevivir a colisiones con polvo espacial ; Starshot espera que cada centímetro cuadrado de sección transversal frontal colisione a alta velocidad con aproximadamente mil partículas de un tamaño de al menos 0,1 μm. [25] [30] Enfocar un conjunto de láseres por un total de cien gigavatios en la vela solar será difícil debido a la turbulencia atmosférica , por lo que existe la sugerencia de utilizar una infraestructura láser basada en el espacio. [31] Según The Economist , al menos una docena de tecnologías listas para usar deberán mejorar en órdenes de magnitud . [25]
StarChip
StarChip es el nombre utilizado por Breakthrough Initiatives para una nave espacial interestelar muy pequeña, de tamaño centimétrico, escala de gramos, prevista para el programa Breakthrough Starshot, [1] [32] una misión propuesta para impulsar una flota de mil Spaceprobes en un viaje al sistema estelar Alpha Centauri , las estrellas extrasolares más cercanas , a unos 4,37 años luz de la Tierra . [33] [6] [34] [5] [35] [36] El viaje puede incluir un sobrevuelo de Proxima Centauri b , un exoplaneta del tamaño de la Tierra que se encuentra en la zona habitable de su estrella anfitriona. [4] Se prevé que la nanocraft robótica ultraligera StarChip, equipada con velas ligeras , viaje a velocidades del 20% [1] [6] [34] [5] y el 15% [5] de la velocidad de la luz , tomando entre 20 y 30 años para llegar al sistema estelar, respectivamente, y aproximadamente 4 años para notificar a la Tierra de una llegada exitosa. [6] Los principios conceptuales para permitir los viajes interestelares prácticos fueron descritos en "Una hoja de ruta para el vuelo interestelar", por Philip Lubin de UC Santa Barbara , [9] quien es un asesor del proyecto Starshot.
En julio de 2017, los científicos anunciaron que los precursores de Spaceprobe, llamados Sprites, fueron lanzados con éxito y volados a través del vehículo de lanzamiento de satélites polares por ISRO desde el Centro Espacial Satish Dhawan . [37] 105 Sprites también volaron a la ISS en la misión KickSat -2 que se lanzó el 17 de noviembre de 2018, desde donde se desplegaron el 18 de marzo de 2019. Transmitieron datos con éxito antes de volver a entrar en la atmósfera y quemarse el 21 de marzo. [38] [39] [40] [41]
Componentes
Se espera que cada nanocraft Spaceprobe lleve cámaras miniaturizadas, equipo de navegación, equipo de comunicación, propulsores de fotones y una fuente de alimentación. Además, cada nanotecnología estaría equipada con una vela ligera a escala de un metro , hecha de materiales ligeros, con una masa a escala de gramos. [1] [32] [33] [6] [35] [36] [42] [43]
Cámaras
Se prevén cinco cámaras digitales a escala de subgramo , cada una con una resolución mínima de 2 megapíxeles . [1] [44]
Procesadores
Se planean cuatro procesadores a escala de subgramo . [35] [45]
Propulsores de fotones
Se planean cuatro propulsores de fotones a escala de subgramo, cada uno mínimamente capaz de funcionar a un nivel de láser de diodo de 1W . [32] [46] [47]
Batería
Está prevista una batería atómica de 150 mg , alimentada por plutonio-238 o americio-241 . [6] [36] [48]
Capa protectora
Se planea un recubrimiento, posiblemente hecho de cobre-berilio , para proteger a la nano-artesanía de las colisiones de polvo y la erosión de partículas atómicas . [36] [49]
Vela ligera
Se prevé que la vela ligera no sea mayor de 4 por 4 metros (13 por 13 pies), [1] [50] posiblemente de material compuesto a base de grafeno . [1] [33] [6] [36] [43] [51] El material tendría que ser muy delgado y ser capaz de reflejar el rayo láser mientras absorbe solo una pequeña fracción de la energía incidente, o vaporizará la navegar. [1] [6] [52] La vela ligera también puede funcionar como fuente de energía durante el crucero, porque las colisiones con átomos del medio interestelar generarían 60 vatios / m 2 de potencia. [48]
Transmisor de datos láser
El comunicador láser, que utiliza velas ligeras como reflector principal, podría alcanzar velocidades de transmisión de datos de 2,6 a 15 baudios por vatio de potencia transmitida a una distancia del Alpha Centauri, asumiendo un telescopio receptor de 30 m de diámetro en la Tierra. [53]
Otros destinos potenciales
La siguiente tabla enumera posibles estrellas objetivo para viajes de asistencia fotogravitacional similares. [54] Los tiempos de viaje son para que la nave espacial viaje a la estrella y luego entre en órbita alrededor de la estrella (usando la presión de los fotones en maniobras similares al aerofrenado ).
Nombre | Tiempo de viaje (año) | Distancia ( ly ) | Luminosidad ( L ☉ ) |
---|---|---|---|
Proxima Centauri | 121 | 4.2 | 0,00005 |
α Centauri A | 101.25 | 4.36 | 1,52 |
α Centauri B | 147,58 | 4.36 | 0,50 |
Sirio A | 68,90 | 8.58 | 24,20 |
Procyon A | 154.06 | 11.44 | 6,94 |
Vega | 167,39 | 25.02 | 50.05 |
Altair | 176,67 | 16,69 | 10,70 |
Fomalhaut A | 221,33 | 25.13 | 16,67 |
Denebola | 325,56 | 35,78 | 14,66 |
Castor A | 341,35 | 50,98 | 49,85 |
Epsilon Eridani | 363,35 | 10,50 | 0,50 |
- Las sucesivas asistencias en α Cen A y B podrían permitir tiempos de viaje de 75 años a ambas estrellas.
- La vela ligera tiene una relación masa / superficie nominal (σ nom ) de 8,6 × 10 −4 gramos m −2 para una vela de clase grafeno nominal.
- Área de la vela ligera, aproximadamente 10 5 m 2 = (316 m) 2
- Velocidad hasta 37.300 km s −1 (12,5% c)
Otras aplicaciones
El físico alemán Claudius Gros ha propuesto que la tecnología de la iniciativa Breakthrough Starshot puede usarse en un segundo paso para establecer una biosfera de microbios unicelulares en exoplanetas que de otro modo serían habitables transitoriamente . [55] [56] Una sonda Génesis viajaría a velocidades más bajas, alrededor del 0.3% de la velocidad de la luz . Por lo tanto, podría desacelerarse utilizando una vela magnética . [57]
Ver también
- Sonda interestelar
- Proyecto Dragonfly : estudio de viabilidad de una pequeña sonda interestelar impulsada por láser
- Proyecto Daedalus : propuesta de 1970 para una gran sonda interestelar no tripulada impulsada por fusión
- Proyecto Ícaro - Proyecto 2009 para actualizar el diseño del Proyecto Dédalo
- Proyecto Longshot : diseño para una sonda no tripulada propulsada por pulsos nucleares de 400 toneladas para alcanzar y orbitar Alpha Centauri
- 2069 misión Alpha Centauri - concepto de la NASA para sonda no tripulada - posiblemente una vela ligera
- Starlight - estudio de UCSB de la flota de pequeñas sondas interestelares de vela de luz láser
- Starwisp - propuesta de 1985 para el sobrevuelo de una estrella cercana en una vela de microondas
- Viaje interestelar
- Starship : nave espacial diseñada para viajes interestelares
- Nave estelar de 100 años - Proyecto de subvención para trabajar hacia el logro de viajes interestelares
Referencias
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enlaces externos
- Sitio web oficial de Breakthrough Initiatives
- Video (00:35) - Lanzamiento de un StarChip - concepto en YouTube
- Video (02:06) - Hacia el interestelar (NASA) en YouTube
- Video (12:16) - ¿Tendrá éxito el viaje interestelar de Starshot? (PBS Digital Studios) en YouTube
- Página web oficial