Il sogno di viaggiare in un altro sistema stellare, e forse anche trovare mondi popolati lì, è uno che ha preoccupato l'umanità per molte generazioni. Ma non è stato fino all'era dell'esplorazione spaziale che gli scienziati sono stati in grado di studiare vari metodi per compiere un viaggio interstellare. Sebbene negli anni siano stati proposti molti progetti teorici, ultimamente molta attenzione si è concentrata sulle sonde interstellari a propulsione laser.
Il primo studio di progettazione concettuale, noto come Progetto Libellula è stato ospitato dal Iniziativa per gli studi interstellari (i4iS) nel 2013. Il concetto prevedeva l'uso di laser per accelerare una vela leggera e un veicolo spaziale al 5% della velocità della luce, raggiungendo così Alpha Centauri in circa un secolo. In un articolo recente , uno dei team che hanno preso parte al concorso di progettazione ha valutato la fattibilità della loro proposta di vela leggera e magnetica.
Il documento, intitolato “ Progetto Dragonfly: Vela verso le stelle “, è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientificaAstra Astronautica.Lo studio è stato condotto da Tobias Häfner, laureato all'Université Paul Sabatier (UPS) di Tolosa e attuale ingegnere di sistema presso Open Cosmos Ltd . È stato raggiunto da membri di Sistemi spaziali di Oxford , il Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), e Tecnologie AKKA .
Sciame di astronavi a vela laser che lasciano il Sistema Solare. Credito: Adrian Mann
Quando si tratta di concetti di missione interstellare, uno dei maggiori ostacoli è sempre stato il tempo di viaggio. Come abbiamo mostrato in a articolo precedente , ci vorrebbero da 1.000 a 81.000 anni utilizzando la tecnologia attuale per arrivare ad Alpha Centauri. Sebbene esistano diversi metodi teorici che potrebbero offrire tempi di viaggio più brevi, coinvolgono la fisica che deve ancora essere dimostrata o sarebbero proibitivi.
Da qui il fascino di una vela di luce, che sfrutta i recenti sviluppi nella miniaturizzazione per creare un veicolo spaziale più piccolo e meno costoso. Un altro vantaggio, almeno in teoria, è che un simile veicolo spaziale potrebbe essere accelerato a una frazione della velocità della luce, e sarebbe quindi in grado di coprire la vasta distanza tra il nostro Sistema Solare e la stella più vicina in pochi decenni o un solo secolo .
Come notato, l'i4iS - un'organizzazione di volontari che si dedica a rendere i viaggi spaziali interstellari una realtà nel prossimo futuro - ha lanciato il primo studio di progettazione concettuale per le vele di luce nel 2013. Questo è stato seguito nel 2014 con un concorso per progettare un veicolo spaziale che avrebbe essere in grado di raggiungere Alpha Centauri entro 100 anni utilizzando tecnologie esistenti oa breve termine.
I quattro finalisti hanno presentato i loro progetti in un workshop tenutosi presso il Società Interplanetaria Britannica nel luglio 2015. Il concetto presentato dal team dell'Università Tecnica di Monaco di Baviera ha vinto, che ha poi lanciato a Campagna Kickstarter per raccogliere fondi per il loro design. Il progetto presentato dal team dell'Università della California, San Diego, si è successivamente evoluto nel progetto di Breakthrough Initiatives' Innovazione Starshot .
Illustrazione artistica di una vela leggera alimentata da un raggio radio (rosso) generato sulla superficie di un pianeta. Credito: M. Weiss/CfA
L'autore principale Hafner e i suoi colleghi facevano parte del team CranSEDS, composto da ingegneri e scienziati della Cranfield University nel Regno Unito, il Istituto di scienza e tecnologia di Skolkovo (Skoltech) in Russia e UPS in Francia. In questo ultimo studio, lui e alcuni dei suoi ex membri del team hanno presentato il loro concetto di missione come parte di uno studio di fattibilità.
Per il bene di questo studio, hanno considerato ogni aspetto dell'architettura di missione di una vela di luce. Ciò variava dalle dimensioni della vela, i materiali utilizzati per costruirla, le dimensioni dell'apertura laser, il posizionamento del laser, il peso della navicella spaziale e il metodo utilizzato dalla navicella spaziale per decelerare una volta che si avvicinava alla sua destinazione.
Alla fine, l'architettura della missione che hanno inventato richiedeva l'uso di 100 GW di potenza laser per accelerare un veicolo spaziale da 2750 kg (~6000 libbre) al 5% della velocità della luce, con un tempo di viaggio di circa un secolo per Alpha Centauri. La vela sarebbe composta da un monostrato di grafene che misura 29,4 km di diametro (18,26 mi), richiedendo così un laser con un'apertura di 29,4 km (18,26 mi) di diametro.
Questo laser sarebbe posizionato nelle vicinanze del Sole (o al Terra-Sole L1 Punto di Lagrange o in orbita Cislunar) e sarebbe alimentato da enormi pannelli solari. Per decelerare, la navicella dovrebbe gettare a mare la vela leggera e dispiegare una vela magnetica costituita da fili metallici. Questa vela formerebbe una struttura ad anello di circa 35 km (22 mi) di diametro e del peso di 1000 kg (2200 libbre).
Project Starshot, un'iniziativa sponsorizzata dalla Fondazione Breakthrough, è destinato a essere il primo viaggio interstellare dell'umanità. Credito: svoltainitiatives.org
Una volta dispiegata, la vela magnetica avrebbe intercettato il plasma del mezzo interstellare e il vento solare di Alpha Centauri per decelerare ed entrare nel sistema. Questa architettura, concludono, raggiungerebbe un equilibrio tra massa e velocità, consentirebbe alla missione di raggiungere Alpha Centauri in poco più di 100 anni e consentirebbe di condurre operazioni scientifiche all'arrivo.
Come indicano nel loro studio, questo tipo di architettura di missione offre molti vantaggi, non ultimo il fatto che un veicolo spaziale più grande sarebbe in grado di trasportare più strumenti e raccogliere più dati scientifici di un veicolo spaziale su scala grammo (come con Breakthrough Starshot's StarChip ). Come hanno concluso:
“Sia [la vela laser che quella magnetica] hanno il vantaggio che no propellente deve essere trasportato nel veicolo spaziale... La missione si basa su tecnologie attualmente disponibili o in fase di sviluppo, ma avrebbe bisogno di ampi miglioramenti per costruire effettivamente l'infrastruttura spaziale richiesta... Con una base di missione multi-veicolo, il sistema laser viene utilizzato per un periodo di tempo ragionevole. Le lezioni apprese e i dati raccolti dal primo veicolo spaziale potrebbero essere utilizzati per migliorare i successivi».
Riconoscono anche le sfide che una tale missione comporterebbe, tra cui la necessità di strutture di dimensioni chilometriche nello spazio. Tali strutture dovrebbero essere costruite in orbita, il che richiederebbe prima lo sviluppo di strutture di fabbricazione orbitale. E, naturalmente, il laser e altri sistemi cruciali avranno bisogno di ulteriore perfezionamento e sviluppo. Tuttavia, il concetto, secondo il loro studio, è fattibile e tecnicamente valido.
Rappresentazione artistica di una vela laser a propulsione ad energia diretta in azione. Credito: Q. Zhang/deepspace.ucsb.edu
Alcuni, tuttavia, hanno i loro dubbi. Ad esempio, c'è il dott. Claudius Gros, un fisico teorico della Istituto di Fisica Teorica presso l'Università Goethe di Francoforte . Gros è un sostenitore di lunga data dell'utilizzo della tecnologia delle vele laser per costruire un veicolo spaziale interstellare e ha condotto un lavoro teorico sull'uso delle vele magnetiche per rallentare un tale veicolo spaziale.
È anche il fondatore di Progetto Genesi , una proposta per inviare veicoli spaziali a vela laser dotati di fabbriche di geni o capsule criogeniche ad altri sistemi stellari, dove distribuirebbero la vita microbica a 'esopianeti transitoriamente abitabili, cioè pianeti in grado di supportare la vita, ma non suscettibili di darle origine su il loro. Come ha espresso a Universe Today via e-mail:
'Per quanto riguarda la decelerazione con campo magnetico, in realtà non è possibile entro i parametri assunti. Ci vorrebbe una vela magnetica del peso di diverse centinaia di tonnellate per fare il lavoro quando l'imbarcazione naviga al 5% della velocità della luce e quando deve fermarsi entro 20 anni, come ipotizzato nel presente documento. Per accelerare un'imbarcazione così pesante, sarebbero necessari sistemi di lancio molto più potenti'.
Il concetto di utilizzare laser o vele solari per condurre missioni interstellari ha radici profonde. Tuttavia, è stato solo negli ultimi anni che gli sforzi per creare tali veicoli spaziali si sono davvero uniti. Al momento, ci sono molti concetti che offrono diverse architetture di missione, ognuna delle quali ha la sua parte di sfide e vantaggi.
Con molteplici proposte ora in fase di sviluppo, tra cui la proposta di Haefner e del suo collega, il concept Dragonfly di ii4SeBreakthrough Starshot: sarà molto interessante vedere quali (se ce ne saranno) degli attuali concetti di vele di luce tenteranno di compiere il viaggio verso Alpha Centauri nei prossimi decenni.
Sarà uno che arriva entro le nostre vite, o uno che è in grado di inviare più dati scientifici? O potrebbe essere una combinazione dei due, una sorta di accordo a breve/lungo termine? Difficile da dire. Il punto è che il sogno di organizzare una missione interstellare potrebbe non rimanere un sogno ancora per molto.
Ulteriori letture: Legge sull'astronautica (2018) , Legge sull'astronautica (2016) , Innovazione Starshot