Ước mơ du hành đến một hệ sao khác, và thậm chí có thể tìm thấy những thế giới đông dân ở đó, là một điều khiến nhân loại bận tâm trong nhiều thế hệ. Nhưng phải đến thời đại thám hiểm không gian, các nhà khoa học mới có thể điều tra nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện một hành trình giữa các vì sao. Trong khi nhiều thiết kế lý thuyết đã được đề xuất trong những năm qua, gần đây rất nhiều sự chú ý đã tập trung vào các đầu dò giữa các vì sao bằng laser.
Nghiên cứu thiết kế khái niệm đầu tiên, được gọi là Project Dragonfly được tổ chức bởi Initiative for Interstellar Studies (i4iS) vào năm 2013. Khái niệm này sử dụng tia laser để tăng tốc một cánh buồm nhẹ và tàu vũ trụ tới 5% tốc độ ánh sáng, do đó đạt tới Alpha Centauri trong khoảng một thế kỷ. Trong một bài báo gần đây, một trong những đội tham gia cuộc thi thiết kế đã đánh giá tính khả thi của đề xuất của họ cho một chiếc đèn chiếu sáng và cánh buồm từ tính.
Bài báo có tựa đề Dragon Project Dragonfly: sail to the stars, gần đây đã được xuất bản trên tạp chí khoa học Phi hành gia Astra. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Tobias Häfner, tốt nghiệp Đại học Paul Sabatier (UPS) Toulouse và một kỹ sư hệ thống hiện tại tại Open Cosmos Ltd. Ông được tham gia bởi các thành viên của Oxford Space Systems, Đại học nghiên cứu nâng cao (SOKENDAI), và Công nghệ AKKA.
Khi nói đến các khái niệm nhiệm vụ giữa các vì sao, một trong những trở ngại lớn nhất luôn là thời gian di chuyển liên quan. Như chúng tôi đã trình bày trong một bài viết trước, sẽ mất từ 1.000 đến 81.000 năm sử dụng công nghệ hiện tại để đến Alpha Centauri. Trong khi một số phương pháp lý thuyết tồn tại có thể cung cấp thời gian di chuyển ngắn hơn, chúng có liên quan đến vật lý chưa được chứng minh hoặc sẽ rất tốn kém.
Do đó, sự hấp dẫn của một lightail, tận dụng những phát triển gần đây trong việc thu nhỏ để tạo ra một tàu vũ trụ nhỏ hơn và ít tốn kém hơn. Một lợi thế khác, ít nhất là về mặt lý thuyết, là một tàu vũ trụ như vậy có thể được tăng tốc đến một phần tốc độ ánh sáng, và do đó sẽ có thể bao phủ khoảng cách rộng lớn giữa Hệ Mặt trời của chúng ta và ngôi sao gần nhất trong vài thập kỷ hoặc một thế kỷ. .
Như đã lưu ý, i4iS - một tổ chức tình nguyện chuyên biến du hành vũ trụ giữa các vì sao trở thành hiện thực trong tương lai gần - đã khởi động nghiên cứu thiết kế khái niệm đầu tiên cho đèn chiếu sáng vào năm 2013. Tiếp theo là vào năm 2014 với một cuộc thi thiết kế tàu vũ trụ. có khả năng tiếp cận Alpha Centauri trong vòng 100 năm bằng cách sử dụng các công nghệ hiện có hoặc gần.
Bốn người vào chung kết trình bày các thiết kế của họ tại một hội thảo được tổ chức tại Hiệp hội liên hành tinh Anh vào tháng 7 năm 2015. Khái niệm được gửi bởi nhóm Đại học Kỹ thuật Munich đã giành chiến thắng, sau đó họ đã phát động một chiến dịch Kickstarter để quyên tiền cho thiết kế của họ. Thiết kế được đệ trình bởi nhóm nghiên cứu từ Đại học California, San Diego, sau đó đã phát triển thành thiết kế cho các sáng kiến đột phá về cuộc đột phá Starshot.
Tác giả chính Hafner và các đồng nghiệp của ông là thành viên của nhóm CranSEDS, bao gồm các kỹ sư và nhà khoa học từ Đại học Cranfield ở Anh, Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo (Skoltech) ở Nga và UPS ở Pháp. Trong nghiên cứu mới nhất này, ông và một số thành viên trong nhóm cũ đã trình bày khái niệm nhiệm vụ của họ như là một phần của nghiên cứu khả thi.
Vì lợi ích của nghiên cứu này, họ đã xem xét mọi khía cạnh của kiến trúc nhiệm vụ lightail. Điều này dao động từ kích thước của cánh buồm, các vật liệu được sử dụng để chế tạo nó, kích thước của khẩu độ laser, vị trí của tia laser, trọng lượng của tàu vũ trụ và phương pháp được sử dụng bởi tàu vũ trụ để giảm tốc khi đến gần đích.
Cuối cùng, kiến trúc sứ mệnh mà họ nghĩ ra đã kêu gọi sử dụng 100 GW năng lượng laser để tăng tốc tàu vũ trụ 2750 kg (~ 6000 lbs) lên 5% tốc độ ánh sáng - dẫn đến thời gian di chuyển khoảng một thế kỷ tới Alpha Centauri. Cánh buồm sẽ bao gồm một lớp đơn lớp graphene có đường kính 29,4 km (18,26 mi), do đó cần một tia laser với khẩu độ đường kính 29,4 km (18,26 mi).
Tia laser này sẽ được đặt trong vùng lân cận của Mặt trời (tại Điểm Lagrange của Mặt trời-Mặt trời L1 hoặc trên quỹ đạo Cislunar) và sẽ được cung cấp năng lượng bởi các tấm pin mặt trời khổng lồ. Để giảm tốc, tàu vũ trụ sẽ vẫy chiếc thuyền nhẹ và triển khai một cánh buồm từ tính bao gồm dây kim loại. Cánh buồm này sẽ tạo thành một cấu trúc vòng có đường kính khoảng 35 km (22 mi) và nặng 1000 kg (2200 lbs).
Sau khi được triển khai, cánh buồm từ sẽ chặn plasma từ môi trường liên sao và gió mặt trời từ Alpha Centauri để giảm tốc và xâm nhập vào hệ thống. Kiến trúc này, họ kết luận, sẽ đạt được sự cân bằng giữa khối lượng và tốc độ, cho phép sứ mệnh tiếp cận Alpha Centauri chỉ sau hơn 100 năm và cho phép nó tiến hành các hoạt động khoa học khi đến nơi.
Như họ chỉ ra trong nghiên cứu của mình, loại kiến trúc nhiệm vụ này mang lại nhiều lợi thế, trong đó ít nhất là thực tế là một tàu vũ trụ lớn hơn có thể mang theo nhiều dụng cụ hơn và thu thập nhiều dữ liệu khoa học hơn so với tàu vũ trụ quy mô gram (như với Đột phá Starshot StarChip). Khi họ kết luận:
Cả hai [laser và từ trường] đều có lợi ích là không cần vận chuyển nhiên liệu trong tàu vũ trụ. Nhiệm vụ này dựa trên các công nghệ hiện đang có hoặc đang được phát triển, nhưng sẽ cần cải tiến sâu rộng để thực sự xây dựng cơ sở hạ tầng không gian cần thiết. một đường cơ sở nhiệm vụ đa tàu vũ trụ, hệ thống laser được sử dụng trong một khoảng thời gian hợp lý. Bài học kinh nghiệm và dữ liệu thu thập được từ tàu vũ trụ đầu tiên có thể được sử dụng để tăng cường những cái sau.
Họ cũng thừa nhận những thách thức mà một nhiệm vụ như vậy sẽ đòi hỏi, bao gồm nhu cầu về các cấu trúc có kích thước km trong không gian. Các cấu trúc như vậy sẽ phải được xây dựng trên quỹ đạo, trước tiên sẽ yêu cầu phát triển các cơ sở chế tạo quỹ đạo. Và tất nhiên, laser và các hệ thống quan trọng khác sẽ cần được cải tiến và phát triển hơn nữa. Tuy nhiên, khái niệm này, theo nghiên cứu của họ, là khả thi và đúng đắn về mặt kỹ thuật.
Một số, tuy nhiên, có nghi ngờ của họ. Chẳng hạn, có Tiến sĩ Claudius Gros, một nhà vật lý lý thuyết của Viện Vật lý lý thuyết tại Đại học Goethe Frankfurt. Gros là một người ủng hộ lâu dài sử dụng công nghệ buồm laser vì mục đích chế tạo tàu vũ trụ giữa các vì sao và đã thực hiện công việc lý thuyết về việc sử dụng các cánh buồm từ tính để làm chậm một con tàu vũ trụ như vậy.
Ông cũng là người sáng lập Project Genesis, một đề xuất gửi tàu vũ trụ chạy bằng laser được trang bị các nhà máy gen hoặc vỏ đông lạnh đến các hệ sao khác, nơi họ sẽ phân phối sự sống của vi khuẩn cho các ngoại hành tinh có thể sống tạm thời - tức là các hành tinh có khả năng hỗ trợ sự sống, nhưng không có khả năng tự phát triển nó. Như ông bày tỏ với Tạp chí Vũ trụ qua email:
“Liên quan đến việc giảm tốc với từ trường, điều đó thực sự không thể thực hiện được trong các tham số giả định. Nó sẽ mất một cánh buồm từ tính nặng vài trăm tấn để thực hiện công việc khi tàu thủ công bay với tốc độ 5% tốc độ ánh sáng và khi nó phải dừng lại trong vòng 20 năm, như được giả định trong bài báo hiện tại. Để tăng tốc một tàu hạng nặng như vậy, sẽ cần có các hệ thống phóng mạnh hơn nhiều.
Khái niệm sử dụng tia laser hoặc cánh buồm mặt trời để thực hiện các nhiệm vụ giữa các vì sao có nguồn gốc sâu xa. Tuy nhiên, chỉ trong những năm gần đây, những nỗ lực tạo ra tàu vũ trụ như vậy đã thực sự kết hợp với nhau. Hiện tại, có nhiều khái niệm cung cấp các kiến trúc nhiệm vụ khác nhau, tất cả đều có những thách thức và lợi thế.
Với nhiều đề xuất hiện đang được phát triển - bao gồm đề xuất của Haefner và đồng nghiệp của ông, khái niệm Con chuồn chuồn ii4S và Đột phá Starshot - sẽ rất thú vị để xem những gì (nếu có) trong các khái niệm lightail hiện tại sẽ cố gắng thực hiện hành trình đến Alpha Centauri trong những thập kỷ tới.
Nó sẽ là một trong đó có trong cuộc sống của chúng ta, hoặc là một trong đó có khả năng gửi lại nhiều hơn theo cách dữ liệu khoa học? Hoặc nó có thể là sự kết hợp của cả hai, một loại thỏa thuận ngắn hạn / dài hạn? Khó nói. Vấn đề là, giấc mơ gắn kết một nhiệm vụ giữa các vì sao có thể không còn là giấc mơ lâu hơn nữa.
