Wissenschaftler berechnen, wie man mit Lasern zum nächsten Stern fliegt
Wissenschaftler berechnen, wie man mit Lasern zum nächsten Stern fliegt
Anonim

Ein Photonentriebwerk mit 100 Millionen Lasern wird dem Weltraumsegelschiff Breakthrough Starshot helfen, in nur 20 Jahren Alpha Centauri, den nächsten Nachbarn des Sonnensystems, zu erreichen. Australische Forscher haben herausgefunden, wie man einen interstellaren Nanosatelliten beschleunigen kann.

Wissenschaftler der Australian National University haben im Rahmen des Breakthrough Starshot-Projekts einen Weg vorgeschlagen, ein Weltraumsegelschiff zum nächsten Stern zu starten. Nach ihrer Idee soll die Photon Engine – ein System, das insgesamt bis zu 100 Millionen Laser umfasst – dabei helfen, dem Gerät die nötige Geschwindigkeit zu verleihen. Die Forscher stellten ihre Berechnungen im Journal of the Optical Society of America B vor.

Im Jahr 2015 gründete der Gründer der Mail.Ru Group, der Unternehmer Yuri Milner, zusammen mit seiner Frau das Programm Breakthrough Initiatives für wissenschaftliche und technologische Forschung zum Problem des Lebens im Universum. Im Rahmen dieses Programms wird der Breakthrough Prize mit einem wissenschaftlichen Oscar ausgezeichnet und im Rahmen des Projekts Breakthrough Listen wird nach außerirdischem Leben gesucht.

Ein weiteres Breakthrough Initiatives-Projekt ist das Breakthrough Starshot-Projekt, das darauf abzielt, die Möglichkeit des interstellaren Fluges in einer einzigen Generation zu beweisen. Dafür wurde das Konzept des Weltraumsegelschiffs StarChip gewählt.

Darin wird eine 3,5 mal 3,5 Zentimeter große und etwa ein Gramm schwere Nanosonde, ausgestattet mit Sensoren, einer Kamera, einer Funkantenne und Beschleunigern, mit einem vier mal vier Meter großen, 100 Nanometer dicken und einem Gramm schweren Sonnensegel verbunden.

Die Idee eines solchen Segels – eines Geräts, das den Lichtdruck zur Bewegung nutzt – ist nicht neu: Es wurde zuerst von Konstantin Tsiolkovsky vorgestellt und von einem der Pioniere der Raketentechnik, Friedrich Zander, theoretisch untermauert. Solche Geräte gibt es bereits: 2010 wurde die japanische IKAROS gestartet, die USA schickten LightSail-1 und LightSail-2 ins All.

Nun haben australische Wissenschaftler einen Weg vorgeschlagen, das Weltraumsegelschiff mit einem riesigen Netzwerk von Lasersystemen aus einer geostationären Umlaufbahn zu beschleunigen. "Das Breakthrough Starshot-Programm geht davon aus, dass die erforderliche optische Leistung (um dem Gerät die erforderliche Geschwindigkeit zu verleihen - Gazeta.Ru) etwa 100 Gigawatt beträgt", sagte einer der Forscher, Robert Ward. Es wird nicht einfach sein, an solche Zahlen heranzukommen, sagte er - derzeit haben die größten Batterien 100-mal weniger Energie.

Jeder Komplex wird aus tausend Sektoren mit tausend Modulen bestehen, von denen jeder 100 Laser haben wird. Jeder dieser Laser mit einer Wellenlänge von 1064 Nanometern emittiert ein Kilowatt optische Energie.

Nach vorläufigen Schätzungen könnten die Kosten für ein solches System acht Milliarden Dollar betragen, und die Kosten für die Beschleunigungsoperation selbst könnten etwa sechs betragen.

Beim Betrieb einer solchen Laseranlage muss jedoch der Einfluss der Erdatmosphäre berücksichtigt werden. „Die Atmosphäre verzerrt den austretenden Laserstrahl, sodass er aus der gewünschten Richtung abweicht“, sagt ein anderer Forscher, Professor Michael Ireland. - Unsere Lösung beinhaltet die Verwendung eines Laserleitsterns. Darin wird ein kleiner Satellit einen Laser aus der Erdumlaufbahn auf das Array richten. Wenn sich das Licht des Leitsterns in Richtung Erde bewegt, wird es helfen, atmosphärisch induzierte Verzerrungen zu messen. Wir haben einen Algorithmus entwickelt, der es uns ermöglicht, diese Informationen für frühzeitige Anpassungen zu nutzen."

Außerdem ist die Ablenkung der Laserstrahlen selbst zu berücksichtigen. „Wir verwenden ein zufälliges digitales Signal, um die Messungen jedes der Laser zu kodieren und sie dann zu dekodieren.So können wir aus einem riesigen Informationsberg nur die Dimensionen auswählen, die wir brauchen. Dann können wir das Problem auf kleine Komplexe eingrenzen“, sagt Paul Sibley, ein weiteres Mitglied der Forschungsgruppe.

Eine Reise nach Alpha Centauri mit herkömmlichen Reisemethoden wird etwa 100 Jahre dauern. Um mit einem von einem Photonenmotor angetriebenen Weltraumsegelboot nach Alpha Centauri zu gelangen, soll es bei einer Lichtgeschwindigkeit von 20 % 20 Jahre dauern.

"Während des Vorbeiflugs von Alpha Centauri wird er (das Segelboot - Gazeta.Ru) Fotos machen und Messungen vornehmen, die dann zur Erde übertragen werden", sagte die Hauptautorin der Studie, Chatura Bandutunga. Es wird davon ausgegangen, dass Astronomen fünf Jahre nach den Messungen Daten zum Satelliten von Proxima Centauri - Proxima Centauri b sowie zu anderen Exoplaneten im System erhalten, wenn diese entdeckt werden.

Wissenschaftler betonen jedoch, dass ihre Entwicklung, wie das Segelboot selbst, noch immer nur ein Konzept ist. „Obwohl wir vom Design unserer Entwicklung überzeugt sind, muss es noch getestet werden. Im nächsten Schritt werden die wichtigsten Strukturelemente in einer kontrollierten Laborumgebung getestet. Darunter sind Konzepte zur Kombination kleiner Lasersysteme und Algorithmen zur atmosphärischen Korrektur“, so Bandutunga.

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