2016年、ロシア系アメリカ人の億万長者ユーリミルナーが設立されました ブレイクスルーイニシアチブ 、宇宙の最も永続的な謎のいくつかを調査することに専念している非営利団体。彼らの科学的努力の中で最も重要なのは ブレークスルースターショット 、ライトセイル、ナノクラフト、および指向性エネルギー(別名レーザー)推進力を組み合わせて、私たちの生涯で最も近い星(アルファケンタウリ)に到達できる宇宙船を作成する概念実証プロトタイプ。
当然のことながら、これはあらゆる種類の技術的および工学的課題を提示しますが、その中でも特に、宇宙船を相対論的速度(光速の一部)に加速するために必要な電力量です。幸いなことに、 オーストラリア国立大学 (ANU)は最近、地球の表面全体に配置された数百万の個別のレーザーで構成される指向性エネルギーアレイの設計を考案しました。
彼らの研究を説明する論文(Breakthrough Initiativesの支援を受けて実施)は、最近、 アメリカ光学学会誌B 。チームはによって導かれました 博士Chathura P. Bandutunga 、ANUのリサーチフェロー 重力天体物理学センター (CGA)、およびANUのメンバーが含まれています 設計された量子システムのためのARCセンター 、 そしてその ストロムロ山天文台 。
の計画ブレークスルースターショット小さなセンサー、スラスター、カメラ、無線アンテナを備えたグラムスケールのナノクラフトが必要です。このナノクラフトは、4 x 4 m(13 x 13フィート)のメートルスケールのライトセイルによって牽引され、100ギガワット(GW)のレーザーアレイによって加速されます。これにより、宇宙船は光速の最大20%(0.2NS)、わずか20年でアルファケンタウリへの旅をすることができます。
ANUチームは、光ファイバーセンサーや光学位相アレイから天体物理学や重力波計装に至るまで、光学と天文学の多くの分野の専門知識を組み合わせました。彼らの研究のために、Bandutunga博士と彼女の同僚は、100ギガワット(GW)の連続波光パワーを生成できるレーザーアレイを作成するためのさまざまな可能性を検討しました。
結局、彼らは、最良の選択肢は、協調して動作する108の地上ベースのアレイに依存することであると判断しました。 Bandutunga博士が最近のANUで言ったように プレスリリース
「アルファケンタウリ座と私たち自身の太陽系との間の広大な距離をカバーするには、箱の外で考え、星間宇宙旅行の新しい方法を構築する必要があります。途中で、帆は目的地に到着する前に20年間宇宙の真空を飛ぶでしょう。アルファケンタウリのフライバイ中に、地球に放送する画像と科学的測定値を記録します。」
加速に使用されたレーザーアレイに対するアーティストの印象スターショット。クレジット:Breakthrough Initiatives
この論文の共著者であるロバートワード博士は、このプロジェクトのANUノードを開拓した創設者の科学者でもあります。 Wardによると、100 GWのアレイは、今日の世界最大のバッテリーの約100倍の容量であるため、簡単な作業ではありません。 「これを達成するために、必要なレーザーの数は約1億個と見積もっています」と彼は言います。 言った 。さらに、これらのレーザーは1つとして機能し、16m以下のライトセイルに焦点を合わせる必要があります。2(139フィート2)。
もう1つの大きな課題は、各レーザーのドリフトをどのように測定するかです。 「ランダムなデジタル信号を使用して、各レーザーからの測定値をスクランブルし、デジタル信号処理でそれぞれを個別にスクランブル解除します。」 シブリー博士は言った 、ARC Center for Engineered QuantumSystemsの。 「これにより、膨大な情報から必要な測定値のみを選択することができます。その後、問題を小さな配列に分割し、セクションにまとめてリンクすることができます。」
次に、地上のアレイに依存する場合に避けられない大気の歪みによってもたらされる課題がありました。このため、ANUの設計では、地球の周りの軌道に配置されたビーコン衛星(つまり、ガイドレーザー)を使用する必要があります。この衛星は、導体として機能し、レーザーアレイ全体をまとめます。 ANU Research School of Astronomy and Astrophysics(別の共著者)のMichael Ireland教授は、次のように説明しています。
「修正されない限り、大気は出て行くレーザービームを歪め、意図した目的地から逸らします。私たちの提案では、レーザーガイド星を使用しています。これは、地球軌道からアレイを照らすレーザーを備えた小型衛星です。レーザーガイド星は、地球に戻る途中で大気を通過するときに、大気による変化を測定します。この情報を使用して、アレイからの放射光を事前に補正できるアルゴリズムを開発しました。」
スターショットアルファケンタウリに近づき、相対論的速度がどのように背景の星を赤方偏移させるかを示しています。クレジット:Breakthrough Initiatives
もちろん、やるべきことはまだかなりあります。バンドゥンガ博士は、最終的な旅に例えました。スターショット自体。次のステップは、制御された実験室環境でミッションアーキテクチャの基本要素のいくつかのテストを開始することです。 Bandutunga博士によると、これには、大気の歪みを補正するアルゴリズムの開発や、小さなアレイを組み合わせて大きなアレイを作成するさまざまな方法の調査が含まれます。
「ANUで行われた作業は、このアイデアがおそらく機能するかどうかを確認することでした」と彼は言いました。 「目標は、すぐに使用できるソリューションを見つけ、それらをシミュレートし、物理的に可能かどうかを判断することでした。この提案はANUチームによって提案されましたが、問題の他の部分に対する独自の巧妙な解決策を考え出すために、国際的に行われている作業が増えています。これらのソリューションを組み合わせてプロジェクトを実現することは、わくわくすることです。」
ブレークスルースターショットの背後にある科学は、過去5年間でかなり進歩しました。処女航海を開始できる目標日は発表されていませんが、ユーリミルナーは過去に、2036年までにミッションの準備が整う可能性があると示唆しています。これは、人類が2060年代までに隣接する星系を初めて見る可能性があることを意味します。これには、潜在的に居住可能な太陽系外惑星の最初のクローズアップの垣間見ることが含まれる可能性があります。
参考文献: ANU