Un tempo, l'umanità aveva ambizioni che hanno portato a progetti incredibili come il primo volo con equipaggio nello spazio o una missione sulla luna. Il prossimo passo sarà la colonizzazione dei pianeti e quindi il viaggio interstellare. La Breakthrough Starshot Initiative è il successore dell'ambizione umana e promette di aprirci la strada verso le stelle nelle immediate vicinanze.
Nato da un'idea dell'imprenditore miliardario russo Yuri Milner, Breakthrough Starshot ha lasciato il segno nell'aprile 2016 in una conferenza stampa alla quale hanno partecipato fisici di fama tra cui Stephen Hawking e Freeman Dyson. Sebbene il progetto sia lungi dall'essere completo, il piano preliminare prevede l'invio di migliaia di chip delle dimensioni di un francobollo su grandi vele d'argento, che entreranno prima nell'orbita terrestre e poi saranno accelerate da laser a terra.
In due minuti di accelerazione laser, il veicolo spaziale accelererà fino a un quinto della velocità della luce, mille volte più veloce di qualsiasi veicolo artificiale nell'intera storia dell'umanità.
Ogni astronave volerà per 20 anni e raccoglierà dati scientifici sullo spazio interstellare. Una volta raggiunti i pianeti nel sistema stellare di Alpha Centauri, la fotocamera digitale incorporata scatterà fotografie ad alta risoluzione e invierà le immagini sulla Terra, permettendoci di dare un'occhiata ai nostri vicini planetari più vicini. Oltre alla conoscenza scientifica, possiamo scoprire se questi pianeti sono adatti alla colonizzazione umana.
Il team dietro Breakthrough Starshot è impressionante quanto la tecnologia. Il consiglio di amministrazione include Milner, Hawking e Mark Zuckerberg, il creatore di Facebook. Pete Warden, ex direttore dell'Ames Research Center della NASA, è il CEO. Diversi eminenti scienziati, tra cui premi Nobel, stanno assistendo il progetto e Milner ha investito $ 100 milioni dei suoi fondi per avviare il lavoro. Insieme ai colleghi, stanno investendo oltre $ 10 miliardi in diversi anni per completare il lavoro.
Sebbene l'intera idea sembri completamente fantascientifica, non ci sono ostacoli scientifici alla sua attuazione. Questo, tuttavia, non deve accadere domani: affinché Starshot abbia successo, sono necessari numerosi progressi tecnologici. Gli organizzatori e i consulenti scientifici credono nel progresso esponenziale e che Starshot esiste da 20 anni.
Di seguito troverai un elenco di undici tecnologie Starshot e le speranze che gli scienziati ripongono sul loro sviluppo esponenziale nei prossimi vent'anni.
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Rilevamento di esopianeti
Un esopianeta è un pianeta al di fuori del nostro sistema solare. Sebbene la prima scoperta scientifica di un esopianeta sia avvenuta solo nel 1988, dal 1 ° maggio 2017 sono stati scoperti 3.608 esopianeti in 2.702 sistemi planetari. Mentre alcuni di loro assomigliano a pianeti del sistema solare, ce ne sono molti insoliti, come quelli con anelli 200 volte più larghi di quelli di Saturno.
Qual è il motivo di questa marea di scoperte? Sostanziale miglioramento dei telescopi.
Solo 100 anni fa, il più grande telescopio del mondo era il Hooker Telescope con uno specchio di 2,54 metri. Oggi, il Very Large Telescope dell'ESO, composto da quattro grandi telescopi di 8,2 metri di diametro, è l'installazione astronomica terrestre più produttiva, producendo un articolo scientifico per revisione di esperti al giorno.
Gli scienziati usano OBT e uno strumento speciale per cercare solidi pianeti extrasolari nella zona potenzialmente abitabile della stella Nel maggio 2016, gli scienziati che hanno utilizzato il telescopio TRAPPIST in Cile hanno trovato non uno, ma sette esopianeti delle dimensioni della Terra contemporaneamente in una zona potenzialmente abitabile.
Nel frattempo, nello spazio, la sonda spaziale Kepler della NASA, appositamente progettata per questo compito, ha già identificato più di 2.000 esopianeti. Il James Webb Space Telescope, che verrà lanciato nell'ottobre 2018, fornirà una visione senza precedenti sul fatto che gli esopianeti possano supportare la vita. "Se questi pianeti hanno un'atmosfera, JWST sarà la chiave per scoprire i loro segreti", dice Doug Hudgins, uno scienziato di esopianeti presso la sede della NASA a Washington DC.
Costi di lancio
La nave madre Starshot sarà lanciata a bordo del razzo e lancerà 1.000 navi. Il costo del trasporto di carichi utili utilizzando razzi monouso è enorme, ma fornitori di servizi privati come SpaceX e Blue Origin hanno dimostrato di avere successo nel lancio di razzi riutilizzabili che dovrebbero ridurre significativamente i costi di lancio. SpaceX ha già ridotto i costi a $ 60 milioni per il lancio del Falcon 9 e, poiché l'industria spaziale privata si espande e i razzi riutilizzabili diventano più diffusi, il prezzo diminuirà e diminuirà.
Starchip
Ogni Starchip da 15 mm ("star chip") deve contenere una vasta gamma di sofisticati dispositivi elettronici come un sistema di navigazione, una telecamera, un laser di comunicazione, una batteria di radioisotopi, un multiplexer per telecamera e la sua interfaccia. Gli ingegneri sperano di poter spremere tutto in una piccola macchina delle dimensioni di un francobollo.
Dopo tutto, i primi chip per computer negli anni '60 contenevano una manciata di transistor. Grazie alla legge di Moore, oggi possiamo montare miliardi di transistor su ogni chip. La prima fotocamera digitale pesava diversi chilogrammi e catturava immagini da 0,01 megapixel. Oggi, un sensore della fotocamera digitale acquisisce immagini a colori di alta qualità a 12 megapixel e si inserisce in uno smartphone, insieme ad altri sensori come GPS, accelerometro e giroscopio. E stiamo assistendo a questi miglioramenti che si riversano nell'esplorazione dello spazio con satelliti più piccoli che ci forniscono dati di qualità.
Affinché Starshot abbia successo, avremo bisogno di una massa del chip di circa 0,22 grammi entro il 2030. Ma se i miglioramenti continuano ad arrivare allo stesso ritmo, le previsioni suggeriscono che ciò è del tutto possibile.
Vela leggera
La vela dovrebbe essere fatta di un materiale che sarà altamente riflettente (per ottenere il massimo impulso dal laser), minimamente assorbente (in modo che non si bruci dal calore) e allo stesso tempo molto leggero (consente accelerazioni veloci). Questi tre criteri sono estremamente importanti e attualmente non esiste un materiale adatto per loro.
I progressi necessari possono provenire dall'automazione dell'intelligenza artificiale e dall'accelerazione della scoperta di nuovi materiali. Questa automazione è andata così lontano che i metodi di apprendimento automatico oggi possono "generare librerie di candidati per materiali adatti in decine di migliaia di posizioni" e consentire agli ingegneri di determinare per quali vale la pena lottare e per quali vale la pena testare in determinate condizioni.
Accumulo di energia
Mentre Starchip utilizzerà una minuscola batteria di radioisotopi per il suo viaggio di 24 anni, avremo ancora bisogno di batterie chimiche convenzionali per i laser. I laser dovranno rilasciare un'energia colossale in breve tempo, il che significa che l'energia dovrà essere immagazzinata nelle batterie vicine.
Le batterie stanno migliorando di circa il 5-8% all'anno, anche se spesso non lo vediamo perché il consumo di energia è in aumento. Se le batterie continuano a migliorare a questo ritmo, tra vent'anni avranno una capacità 3-5 volte superiore a quella odierna. Altre innovazioni potrebbero seguire un importante investimento nel settore delle batterie. La joint venture Tesla-Solar City ha già consegnato 55.000 a Kauai per alimentare la maggior parte della sua infrastruttura.
laser
Migliaia di potenti laser verranno utilizzati per spingere l'imbarcazione insieme alla vela.
I laser obbedivano alla legge di Moore più o meno allo stesso modo dei circuiti integrati, raddoppiando la potenza ogni 18 mesi. L'ultimo decennio ha visto una drammatica accelerazione nel ridimensionamento della potenza dei diodi e dei laser a fibra. Il primo ha perforato 10 kilowatt di fibra monomodale nel 2010 e una barriera da 100 kilowatt pochi mesi dopo. Oltre alla potenza pura, abbiamo anche bisogno di successo nella combinazione di laser phased array.
Velocità
La nostra capacità di muoverci rapidamente … si è mossa rapidamente. Nel 1804, il treno fu inventato e ben presto raggiunse una velocità inaudita di 100 chilometri all'ora. La sonda "Helios-2" ha eclissato questo record nel 1976: nel momento più veloce "Helios-2" si stava allontanando dalla Terra alla velocità di 356.040 km / h. 40 anni dopo, la sonda New Horizons ha raggiunto una velocità eliocentrica di 45 chilometri al secondo (più di 200.000 chilometri all'ora). Ma anche a quella velocità, ci sarebbe voluto molto tempo per raggiungere Alpha Centauri, a quattro anni luce di distanza.
Sebbene l'accelerazione di particelle subatomiche alla velocità prossima alla luce sia diventata una pratica comune negli acceleratori di particelle, gli oggetti macroscopici non sono stati in grado di accelerare in quel modo. Raggiungere il 20% della velocità della luce sarebbe 1000 volte la velocità di qualsiasi oggetto costruito dall'uomo.
Archiviazione in memoria
La capacità di memorizzare le informazioni è diventata la base per i calcoli. Starshot dipenderà dal continuo calo del costo e delle dimensioni della memoria digitale per fornire spazio di archiviazione sufficiente per i suoi programmi e le immagini catturate nel sistema stellare di Alpha Centauri e nei suoi pianeti.
Il costo della memoria è diminuito esponenzialmente per decenni: nel 1970 un megabyte valeva circa un milione di dollari; ora - solo pochi centesimi. Anche le dimensioni richieste per l'archiviazione si sono ridotte, da un disco rigido da 5 megabyte caricato nel 1956 con un carrello elevatore a chiavette USB da 512 gigabyte del peso di pochi grammi.
Telecomunicazioni
Una volta che Starchip acquisisce le immagini, dovranno essere rimandate sulla Terra per l'elaborazione.
Le telecomunicazioni sono progredite in modo significativo da quando Alexander Graham Bell ha inventato il telefono nel 1876. La velocità media di Internet oggi è di circa 11 megabit al secondo. La larghezza di banda e la velocità necessarie per inviare immagini digitali in 4 anni luce - 40 trilioni di chilometri - richiederanno i più recenti progressi nelle telecomunicazioni.
La tecnologia Li-Fi è estremamente promettente e la sua trasmissione wireless promette di essere 100 volte più veloce del Wi-Fi. Ci sono anche esperimenti nel campo delle telecomunicazioni quantistiche, che non saranno veloci, ma sicure.
Calcoli
Il passo finale del progetto Starchip sarà analizzare i dati restituiti dalla sonda. Per fare ciò, dovremo fare affidamento sullo sviluppo esponenziale della potenza di calcolo, che è aumentata di un trilione di volte negli ultimi 60 anni.
Recentemente, il calo dei costi di elaborazione è stato fortemente associato ai cloud. Guardando al futuro e utilizzando nuovi metodi di calcolo come il quantum, possiamo aspettarci un aumento di potenza di 1.000 volte prima che Starshot restituisca i dati. Questa eccezionale potenza di calcolo ci consentirà di eseguire sofisticate simulazioni scientifiche e analisi del nostro sistema stellare più vicino.
ILYA KHEL
