Vào tháng 4 năm 2016, tỷ phú người Nga Yuri Milner đã công bố thành lập Đột phá Starshot. Là một phần của tổ chức khoa học phi lợi nhuận của ông (được gọi là Sáng kiến đột phá), mục đích của Starshot là thiết kế một nanocraft ánh sáng có khả năng tiếp cận hệ thống sao gần nhất - Alpha Centauri (còn gọi là Rigel Kentaurus) - trong suốt cuộc đời của chúng ta.
Kể từ khi thành lập, các nhà khoa học và kỹ sư đứng sau khái niệm Starshot đã tìm cách giải quyết những thách thức mà một nhiệm vụ như vậy sẽ phải đối mặt. Tương tự như vậy, đã có nhiều người trong cộng đồng khoa học cũng đưa ra những gợi ý về cách một khái niệm như vậy có thể hoạt động. Lần gần đây nhất đến từ Viện nghiên cứu hệ mặt trời Max Planck, nơi hai nhà nghiên cứu đã đưa ra một cách mới để làm chậm thủ công một khi nó đến đích.
Tóm lại, khái niệm Starshot liên quan đến một nanocraft nhỏ, quy mô gram được kéo bởi một cái đèn. Sử dụng một mảng laser trên mặt đất, chiếc đèn này sẽ được tăng tốc lên vận tốc khoảng 60.000 km / giây (37.282 mps) - hoặc 20% tốc độ ánh sáng. Với tốc độ này, nanocraft sẽ có thể chạm tới hệ sao gần nhất với chính chúng ta - Alpha Centauri, nằm cách 4,37 năm ánh sáng - chỉ trong 20 năm.
Đương nhiên, điều này đưa ra một số thách thức kỹ thuật - bao gồm khả năng va chạm với bụi liên sao, hình dạng phù hợp của đèn chiếu sáng và yêu cầu năng lượng tuyệt đối để cung cấp năng lượng cho mảng laser. Nhưng quan trọng không kém là ý tưởng làm thế nào một nghề như vậy sẽ chậm lại một khi nó đến đích. Không có tia laser ở đầu kia để áp dụng năng lượng phá vỡ, làm thế nào để nghề thủ công đủ chậm để bắt đầu nghiên cứu hệ thống?
Chính câu hỏi này mà René Heller và Michael Hippke đã chọn để giải quyết trong nghiên cứu của họ, Giảm tốc độ của các photon liên sao tốc độ cao đi vào quỹ đạo bị ràng buộc tại Alpha Centauri. Heller là một nhà vật lý thiên văn hiện đang hỗ trợ ESA chuẩn bị cho nhiệm vụ Chuyển tiếp và dao động của các ngôi sao (PLATO) sắp tới - một thợ săn ngoại hành tinh đang được triển khai như một phần của chương trình Tầm nhìn vũ trụ của họ.
Với sự giúp đỡ của chuyên gia CNTT Michael Hippke, cả hai đã cân nhắc những gì cần thiết cho nhiệm vụ giữa các vì sao để tiếp cận Alpha Centauri và mang lại lợi nhuận khoa học tốt khi đến nơi. Điều này sẽ yêu cầu các thao tác hãm được tiến hành một khi nó đến để tàu vũ trụ sẽ không làm lu mờ hệ thống trong chớp mắt. Khi họ nêu trong nghiên cứu của họ:
Mặc dù một tàu thăm dò giữa các vì sao như vậy có thể đạt tới Proxima 20 năm sau khi phóng, nhưng không có chất đẩy để làm chậm nó, nó sẽ đi qua hệ thống trong vài giờ. Ở đây chúng tôi chứng minh làm thế nào áp lực photon sao của bộ ba sao Alpha Cen A, B và C (Proxima) có thể được sử dụng cùng với hỗ trợ trọng lực để giảm tốc các cánh buồm mặt trời đến từ Trái đất.
Vì lợi ích của họ, Heller và Hippke ước tính rằng chiếc máy bay sẽ nặng dưới 100 gram (3,5 ounce) và sẽ được gắn trên một cánh buồm rộng 100.000 mét vuông (1.076.391 feet vuông) trên diện tích bề mặt. Một khi những điều này đã hoàn thành, Hippke đã điều chỉnh chúng thành một loạt mô phỏng máy tính. Dựa trên kết quả của họ, họ đã đề xuất một khái niệm nhiệm vụ hoàn toàn mới, loại bỏ hoàn toàn nhu cầu về laser.
Về bản chất, khái niệm sửa đổi của họ kêu gọi một tàu thủ công tự động (AAS) sẽ cung cấp cho lực đẩy và sức mạnh dừng của chính nó. Chiếc tàu này sẽ triển khai cánh buồm của nó khi ở trong Hệ mặt trời và sử dụng gió mặt trời Sun bù để tăng tốc lên tốc độ cao. Khi nó đến được Hệ thống Alpha Centauri, nó sẽ triển khai lại cánh buồm của mình để bức xạ tới từ Alpha Centauri A và B sẽ có tác dụng làm chậm nó.
Một phần thưởng bổ sung của thao tác được đề xuất này là tàu thủ công, một khi nó đã được giảm tốc đến mức có thể khám phá hiệu quả hệ thống Alpha Centauri, sau đó có thể sử dụng một lực hỗ trợ trọng lực từ những ngôi sao này để tự điều hướng về phía Proxima Centauri. Khi đó, nó có thể tiến hành cuộc thám hiểm cận cảnh đầu tiên của Proxima b - ngoại hành tinh gần nhất với Trái đất - và xác định điều kiện khí quyển và bề mặt của nó là như thế nào.
Kể từ khi sự tồn tại của hành tinh này lần đầu tiên được công bố bởi Đài thiên văn Nam châu Âu vào tháng 8 năm 2016, đã có nhiều suy đoán về việc liệu nó có thể ở được hay không. Có một nhiệm vụ có thể kiểm tra nó để kiểm tra các dấu hiệu nhận biết - một bầu không khí khả thi, từ trường và nước lỏng trên bề mặt - chắc chắn sẽ giải quyết cuộc tranh luận đó.
Như Heller đã giải thích trong một thông cáo báo chí của Viện Max Planck, khái niệm này mang lại khá nhiều lợi thế, nhưng đi kèm với sự đánh đổi của nó - không phải là ít nhất là thời gian để đến Alpha Centauri. Khái niệm sứ mệnh mới của chúng tôi có thể mang lại lợi nhuận khoa học cao, nhưng chỉ có cháu của cháu chúng tôi mới nhận được nó, ông nói. Mặt khác, Stars Starshot hoạt động theo thời gian hàng thập kỷ và có thể được hiện thực hóa trong một thế hệ. Vì vậy, chúng tôi có thể đã xác định một khái niệm dài hạn, tiếp theo cho Starshot.
Hiện tại, Heller và Hippke đang thảo luận về khái niệm của họ với Đột phá Starshot để xem liệu nó có khả thi hay không. Một cá nhân đã xem xét công việc của họ là Giáo sư Avi Loeb, Giáo sư Khoa học Frank B. Baird Jr. tại Đại học Harvard, và Chủ tịch Hội đồng Tư vấn đột phá. Như ông đã nói với Tạp chí Không gian qua email, khái niệm do Heller và Hippke đưa ra rất đáng để xem xét, nhưng có những hạn chế:
Nếu có thể làm chậm tàu vũ trụ bằng ánh sáng sao (và hỗ trợ lực hấp dẫn), thì cũng có thể phóng nó ở vị trí đầu tiên bởi cùng một lực lượng. Nếu vậy, tại sao dự án Đột phá Starshot được công bố gần đây sử dụng tia laser và không phải ánh sáng mặt trời để đẩy tàu vũ trụ của chúng ta? Câu trả lời là mảng laser được hình dung của chúng ta có thể đẩy cánh buồm với dòng năng lượng lớn hơn một triệu lần so với dòng năng lượng mặt trời địa phương.
Khi sử dụng ánh sáng sao để đạt được tốc độ tương đối tính, người ta phải sử dụng một cánh buồm cực kỳ mỏng. Trong bài báo mới, Heller và Hippke xem xét ví dụ về miligam thay vì cánh buồm cỡ gram. Đối với một cánh buồm có diện tích mười mét vuông (như được hình dung trong nghiên cứu khái niệm Starshot của chúng tôi), độ dày của cánh buồm của họ phải chỉ là một vài nguyên tử. Một bề mặt như vậy là các bậc có độ lớn mỏng hơn bước sóng ánh sáng mà nó nhắm tới để phản xạ, và do đó độ phản xạ của nó sẽ thấp. Nó dường như không khả thi để giảm trọng lượng bởi rất nhiều đơn đặt hàng cường độ và vẫn duy trì độ cứng và độ phản xạ của vật liệu cánh buồm.
Một hạn chế chính trong việc xác định khái niệm Starshot là đến thăm Alpha Centauri trong vòng đời của chúng tôi. Kéo dài thời gian du hành ngoài vòng đời của một con người, như được ủng hộ trong bài viết này, sẽ làm cho nó bớt hấp dẫn hơn với những người liên quan. Ngoài ra, bạn nên nhớ rằng cánh buồm phải đi kèm với các thiết bị điện tử sẽ tăng thêm đáng kể trọng lượng của nó.
Nói tóm lại, nếu thời gian không phải là một yếu tố, chúng ta có thể hình dung rằng những nỗ lực đầu tiên của chúng ta để tiếp cận một Hệ mặt trời khác thực sự có thể liên quan đến việc AAS bị đẩy và làm chậm lại bởi gió mặt trời. Nhưng nếu chúng tôi sẵn sàng chờ đợi hàng thế kỷ để hoàn thành một nhiệm vụ như vậy, chúng tôi cũng có thể xem xét việc gửi tên lửa bằng động cơ thông thường (thậm chí có thể là phi hành đoàn) cho Alpha Centauri.
Nhưng nếu chúng ta có ý định đến đó trong vòng đời của chính mình, thì một cánh buồm điều khiển bằng laser hoặc thứ gì đó tương tự sẽ là con đường để đi. Nhân loại đã dành hơn nửa thế kỷ để khám phá những gì ở sân sau của chính chúng ta và một số người trong chúng ta không kiên nhẫn để xem những gì mà bên cạnh!
