Aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, werken onderzoekers van de UCSB Experimental Cosmology Group (ECG) momenteel aan manieren om de droom van interstellaire vlucht te verwezenlijken. Onder leiding van professor Philip Lubin heeft de groep aanzienlijke inspanningen geleverd voor de totstandkoming van een interstellaire missie die bestaat uit lichtzeil met gerichte energie en een waferschaal (WSS) "wafercraft".
Als alles goed gaat, zal dit ruimtevaartuig relativistische snelheden (een deel van de lichtsnelheid) kunnen bereiken en binnen ons leven het dichtstbijzijnde zonnestelsel (Proxima Centauri) kunnen bereiken. Onlangs bereikte het ECG een belangrijke mijlpaal door met succes een prototype-versie van hun wafercraft te testen (ook bekend als de "StarChip"). Dit bestond erin het prototype via een ballon de stratosfeer in te sturen om de functionaliteit en prestaties te testen.
De lancering werd uitgevoerd in samenwerking met de United States Naval Academy in Annapolis op 12 april 2019. Deze datum viel samen met de 58e verjaardag van de ruimtevlucht van de Russische kosmonaut Yuri Gagarin, waardoor hij de eerste mens was die naar de ruimte ging . De test bestond uit het lanceren van het prototype aan boord van een ballon tot een hoogte van 32.000 m (105.000 ft) boven Pennsylvania.
Zoals Prof. Lubin uitlegde in een interview met UCSB's De huidige:
"Het maakt deel uit van een bouwproces voor de toekomst en onderweg test u elk onderdeel van het systeem om het te verfijnen. Het maakt deel uit van een langetermijnprogramma om miniatuurruimtevaartuigen te ontwikkelen voor interplanetaire en uiteindelijk voor interstellaire vluchten. "
Het idee achter de StarChip is simpel. Door te profiteren van de vooruitgang op het gebied van miniaturisatie, konden alle noodzakelijke componenten van een verkennende missie op een ruimtevaartuig ter grootte van een menselijke hand worden gemonteerd. De zeilcomponent bouwt voort op het concept van een zonnezeil en ontwikkelingen gemaakt met lichtgewicht materialen; en samen vormen ze een ruimtevaartuig dat kan worden versneld tot 20% van de lichtsnelheid.
Omwille van deze vlucht heeft het wetenschappelijke team dat het heeft gemaakt de StarChip onderworpen aan een reeks tests die zijn ontworpen om de prestaties in de ruimte en het vermogen om andere werelden te verkennen te meten. Afgezien van te zien hoe het in de stratosfeer van de aarde stroomde (driemaal hoger dan het operationele plafond van vliegtuigen), verzamelde het prototype meer dan 4000 afbeeldingen van de aarde. Zoals Nic Rupert, een ontwikkelingsingenieur in het laboratorium van Lubin, uitlegde:
“Het is ontworpen om veel van de functies van veel grotere ruimtevaartuigen te hebben, zoals beeldvorming, datatransmissie, inclusief lasercommunicatie, houdingbepaling en magnetische veldwaarneming. Door de snelle vooruitgang in de micro-elektronica kunnen we een ruimtevaartuig verkleinen tot een veel kleiner formaat dan voorheen voor gespecialiseerde toepassingen zoals de onze. ”
Terwijl de StarChip perfect presteerde op deze vlucht, zijn er enkele enorme technische hindernissen in het verschiet. Gezien de afstanden - 4,24 lichtjaar (40 biljoen km; 25 biljoen mijl) - en het feit dat het ruimtevaartuig een fractie van de lichtsnelheid moet bereiken, zijn de technologische vereisten ontmoedigend. Zoals Lubin zei:
'Het zou bijna honderdduizend jaar duren voordat gewone chemische voortstuwing, zoals die waarmee we tot op de dag van vandaag bijna 50 jaar geleden naar de maan gingen, bij het dichtstbijzijnde zonnestelsel kwam, Alpha Centauri. En zelfs geavanceerde voortstuwing zoals ionenmotoren zou vele duizenden jaren in beslag nemen. Er is maar één technologie bekend die in staat is om de nabije sterren binnen een mensenleven te bereiken en dat is het licht zelf als voortstuwingssysteem. ”
Een van de grootste uitdagingen op dit punt is het bouwen van een op de aarde gebaseerde laserarray die het laserzeil zou kunnen versnellen. "Als je een laser array hebt die groot genoeg is, kun je de wafels daadwerkelijk duwen met een laserzeil om ons doel van 20 procent van de lichtsnelheid te bereiken," voegde Rupert toe. "Dan ben je over twintig jaar bij Alpha Centauri."
Sinds 2009 onderzoekt en ontwikkelt de UCSB Experimental Cosmology Group dit concept als onderdeel van een NASA Advanced Concepts-programma genaamd Starlight. Sinds 2016 hebben ze aanzienlijke steun ontvangen van Breakthrough Initiatives (het non-profit ruimteverkenningsprogramma van Yuri Milner) als onderdeel van Breakthrough Starshot.
In plaats van een enkel ruimtevaartuig te creëren, hoopt het team dat hun onderzoek zal leiden tot de oprichting van honderden en zelfs duizenden waferscale-vaartuigen die exoplaneten in nabijgelegen sterrenstelsels zouden kunnen bezoeken. Deze ruimtevaartuigen zouden de behoefte aan drijfgas wegnemen en zouden de reis binnen een paar decennia kunnen maken in plaats van eeuwen of millennia.
In dit opzicht zouden deze ruimtevaartuigen in onze levens kunnen onthullen of er al dan niet leven buiten de aarde bestaat. Een ander interessant aspect van het UCSB-project is het sturen van leven van de aarde naar andere exoplaneten. In het bijzonder tardigrades en de nematode c.
Dit aspect van hun plan is niet anders dan het voorstel van Dr. Claudius Gros van het Goethe University Institute for Theoretical Physics. Met de toepasselijke naam "Project Genesis", roept het voorstel op ruimtevaartuigen die door gerichte energie worden aangedreven om naar andere sterrenstelsels te reizen en alle "tijdelijk bewoonbare" exoplaneten die zich daar bevinden, te zaaien. Kortom, het leven zou een vliegende start krijgen op planeten die bewoonbaar maar niet bewoond zijn.
Zoals David McCarthy, een afgestudeerde student aan de afdeling Electrical and Computer Engineering aan UCSB, uitlegde, is het een zeer iteratief proces om op het punt te komen waar alles mogelijk is. "Het doel van deze dingen is om te weten wat we in de volgende versie, in de volgende chip, willen opnemen", zei hij. "Je begint met kant-en-klare componenten omdat je snel en voordelig kunt itereren."
Met deze test op grote hoogte voltooid, mikt de UCSB-groep volgend jaar op een suborbitale eerste vlucht. Ondertussen verlagen de vooruitgang in siliciumoptica en geïntegreerde fotonica op wafelschaal - mede dankzij onderzoek dat wordt uitgevoerd door de afdeling elektrische en computertechniek van UCSB - de kosten van massaproductie van dit kleine ruimtevaartuig.
Naast interstellaire reizen zou deze technologie snelle, goedkope missies naar Mars en andere locaties in het zonnestelsel kunnen vergemakkelijken. Prof. Lubin en zijn collega-onderzoekers hebben ook jarenlang onderzoek gedaan naar toepassingen voor planetaire verdediging tegen kometen, het verminderen van ruimteafval, het stimuleren van satellieten in een baan om de aarde of het op afstand aandrijven van verre buitenposten van het zonnestelsel. Als het gaat om gerichte energie, zijn de mogelijkheden echt enorm.
