في عام 2016 ، أسس الملياردير الروسي الأمريكي يوري ميلنر مبادرات الاختراق ، وهي منظمة غير ربحية مكرسة للتحقيق في بعض ألغاز الكون الأكثر ديمومة. على رأس جهودهم العلمية هو اختراق Starshot ، نموذج أولي لإثبات المفهوم يجمع بين شراع ضوئي ومركبة نانوية ودفع طاقة موجهة (ويعرف أيضًا باسم الليزر) لإنشاء مركبة فضائية قادرة على الوصول إلى أقرب نجم (Alpha Centauri) في حياتنا.
بطبيعة الحال ، يمثل هذا جميع أنواع التحديات التقنية والهندسية ، وليس أقلها مقدار الطاقة اللازمة لتسريع المركبة الفضائية إلى سرعات نسبية (جزء صغير من سرعة الضوء). لحسن الحظ ، العلماء من الجامعة الوطنية الاسترالية ابتكرت (ANU) مؤخرًا تصميمًا لمصفوفة طاقة موجهة مكونة من ملايين أجهزة الليزر الفردية الموضوعة على سطح الأرض.
الورقة التي تصف أبحاثهم (التي أجريت بدعم من مبادرات الاختراق) نُشرت مؤخرًا في مجلة الجمعية البصرية الأمريكية ب . كان يقود الفريق دكتور. تشاثورا ب. باندوتونجا ، زميل باحث في ANU’s مركز الجاذبية الفلكية (CGA) ، وتضم أعضاء من ANU مركز ARC لأنظمة الكم الهندسية ، و ال مرصد جبل ستروملو .
خطةاختراق Starshotيستدعي وجود مركبة نانوية بحجم الجرام مزودة بأجهزة استشعار دقيقة ، ودوافع ، وكاميرا ، وهوائي راديو. سيتم سحب هذه المركبة النانوية بواسطة شراع ضوئي بمقياس متر يقيس 4 × 4 م (13 × 13 قدمًا) ويتم تسريعها بواسطة مجموعة ليزر 100 جيجاوات (GW). سيسمح هذا للمركبة الفضائية بتحقيق سرعات تصل إلى 20٪ من سرعة الضوء (0.2ج) ، مما سمح لها بالقيام بالرحلة إلى Alpha Centauri في غضون 20 عامًا فقط.
قام فريق ANU معًا بدمج الخبرة في العديد من مجالات البصريات وعلم الفلك ، بدءًا من مستشعرات الألياف الضوئية والمصفوفات ذات المراحل الضوئية إلى الفيزياء الفلكية وأجهزة الموجات الثقالية. من أجل دراستهم ، نظرت الدكتورة باندوتونجا وزملاؤها في الاحتمالات المختلفة لإنشاء مصفوفة ليزر قادرة على توليد 100 جيجاوات من قوة الموجة الضوئية المستمرة.
في النهاية ، قرروا أن الخيار الأفضل هو الاعتماد على 108 مصفوفة أرضية تعمل بشكل جماعي. كما قال الدكتور Bandutunga في الآونة الأخيرة ANU خبر صحفى
'لتغطية المسافات الشاسعة بين Alpha Centauri ونظامنا الشمسي ، يجب علينا التفكير خارج الصندوق وصياغة طريقة جديدة للسفر في الفضاء بين النجوم. وبمجرد وصوله ، سيطير الشراع عبر فراغ الفضاء لمدة 20 عامًا قبل أن يصل إلى وجهته. أثناء تحليقها بالقرب من Alpha Centauri ، ستسجل الصور والقياسات العلمية التي ستبثها مرة أخرى إلى الأرض '.
انطباع الفنان عن مصفوفة الليزر المستخدمة في التسريعستارشوت. الائتمان: مبادرات الاختراق
الدكتور روبرت وارد ، مؤلف مشارك في الورقة ، هو أيضًا العالم المؤسس الذي كان رائدًا لعقدة ANU في هذا المشروع. وفقًا لـ Ward ، فإن مصفوفة 100 جيجاوات ليست مهمة سهلة ، حيث إنها تبلغ حوالي 100 ضعف سعة أكبر البطاريات في العالم اليوم. 'لتحقيق ذلك ، نقدر عدد أجهزة الليزر المطلوبة بحوالي 100 مليون ،' قالت . بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تعمل هذه الليزرات كوحدة واحدة وأن تركز على شراع ضوئي لا يزيد حجمه عن 16 مترًا2(139 قدمًا2).
التحدي الرئيسي الآخر هو كيفية قياس انجراف كل ليزر. 'نستخدم إشارة رقمية عشوائية لخلط القياسات من كل ليزر وفك رموز كل منها على حدة في معالجة الإشارات الرقمية ،' قال الدكتور صبلي ، من مركز ARC للأنظمة الكمية الهندسية. وهذا يسمح لنا باختيار القياسات التي نحتاجها فقط من مزيج هائل من المعلومات. يمكننا بعد ذلك تقسيم المشكلة إلى مصفوفات صغيرة وربطها معًا في أقسام '.
ثم كان هناك التحدي الذي يمثله تشويه الغلاف الجوي ، وهو أمر لا مفر منه عند الاعتماد على المصفوفات الأرضية. لهذا السبب ، يستدعي تصميم ANU استخدام منارة الأقمار الصناعية (أي الليزر الإرشادي) المتمركزة في مدار حول الأرض والتي من شأنها أن تعمل كموصل وتجمع مجموعة الليزر بأكملها معًا. كما أوضح البروفيسور مايكل إيرلندا من كلية أبحاث ANU لعلم الفلك والفيزياء الفلكية (مؤلف مشارك آخر):
'ما لم يتم تصحيحه ، يشوه الغلاف الجوي شعاع الليزر الخارج ، مما يتسبب في تحويله عن وجهته المقصودة. يستخدم اقتراحنا نجمة دليل ليزر. هذا قمر صناعي صغير به ليزر ينير المصفوفة من مدار الأرض. عندما يمر نجم دليل الليزر عبر الغلاف الجوي في طريق العودة إلى الأرض ، فإنه يقيس التغييرات بسبب الغلاف الجوي. لقد طورنا الخوارزمية التي تسمح لنا باستخدام هذه المعلومات للتصحيح المسبق للضوء الصادر من المصفوفة '.
ستارشوتيقترب من Alpha Centauri ، ويوضح كيف تتسبب السرعات النسبية في تحول نجوم الخلفية إلى الأحمر. الائتمان: مبادرات الاختراق
بالطبع ، لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به ، والذي شبهه الدكتور باندوتونجا بالرحلة النهائية لـستارشوتبحد ذاتها. الخطوة التالية هي البدء في اختبار بعض العناصر الأساسية لهيكل المهمة في بيئة معملية محكومة. وفقًا للدكتور باندوتونجا ، فإن هذا يتضمن تطوير خوارزمية لتصحيح تشوه الغلاف الجوي والبحث في طرق مختلفة لدمج المصفوفات الصغيرة لإنشاء مصفوفات أكبر.
قال: 'كان العمل المنجز في ANU هو معرفة ما إذا كانت هذه الفكرة ستنجح بشكل معقول'. 'كان الهدف هو إيجاد حلول خارج الصندوق ومحاكاتها وتحديد ما إذا كانت ممكنة ماديًا. بينما تم تقديم هذا الاقتراح من قبل فريق ANU ، هناك المزيد من العمل الذي يحدث دوليًا للتوصل إلى حلول فريدة وذكية لأجزاء أخرى من المشكلة. سيكون من المثير الجمع بين هذه الحلول لإضفاء الحيوية على المشروع '.
تقدم العلم وراء Breakthrough Starshot بشكل كبير في السنوات الخمس الماضية. على الرغم من عدم الإعلان عن موعد محدد لموعد بدء الرحلة الأولى ، اقترح يوري ميلنر في الماضي أن المهمة يمكن أن تكون جاهزة بحلول عام 2036. وهذا يعني أن البشرية يمكن أن تلقي نظرة أولى على نظام نجمي مجاور بحلول ستينيات القرن العشرين ، والتي يمكن أن تشمل أول لمحة عن قرب لكوكب خارج المجموعة الشمسية يحتمل أن يكون صالحًا للسكن.
قراءة متعمقة: ANU
