Doorbraak Starshot-leden hebben een lijst samengesteld met de uitdagingen die ze moeten oplossen om een zonnezeil van de juiste maat te maken om over 20 jaar naar Alpha Centauri te vliegen. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials.
"De eerste resultaten van onze analyse waren onverwacht optimistisch: de materialen die nu al beschikbaar zijn, in combinatie met nieuwe fabricagemethoden en het meten van hun eigenschappen, stellen ons in principe in staat om een prototype van een zeil te maken dat geschikt is om een interstellair schip te versnellen", schreven Harry Atwater en collega's. van het California Institute of Technology in Pasadena (VS).
In april 2016 spraken de overleden Britse kosmoloog Stephen Hawking en de Russische miljardair Yuri Milner over hun volgende "ruimte" -initiatief binnen de serie Breakthrough Initiatives - Breakthrough Starshot. Binnen dit kader heeft de zakenman $ 100 miljoen toegewezen om een ruimtevaartuig te maken op basis van een idee dat twee jaar geleden werd geschetst door natuurkundigen uit Californië onder leiding van Philip Lubin.
De essentie is om geen klassieke ruimteschepen naar verre planeten te sturen, maar extreem lichte en platte structuren gemaakt van reflecterend materiaal, die zullen worden versneld tot bijna-lichtsnelheden met behulp van een krachtige orbitale laser.
Zo'n interstellair "zeilschip" zal, volgens de berekeningen van Amerikaanse natuurkundigen, Alpha Centauri binnen 20 jaar kunnen bereiken, en zal binnen drie dagen zonder lading tussen Mars en de aarde vliegen, en in een maand met een lading van 10 ton.
Het grootste probleem in beide gevallen is de vertraging van de sonde - terwijl het team dat hem bedacht geen idee heeft hoe de stop van de laser "zeilboot" veilig kan worden gemaakt. Soortgelijke problemen zullen zich voordoen, zoals andere natuurkundigen later suggereerden, tijdens het versnellen ervan - het zeil zal ofwel worden verbrand door een laser, of het zal instorten wanneer het in botsing komt met stofdeeltjes.
Atwater en zijn collega's van het instituut, die rechtstreeks betrokken waren bij Breakthrough Starshot, hebben voor het eerst in detail bestudeerd hoe een dergelijk zeil zich zou gedragen bij interactie met een laser en het interstellaire medium, en formuleerden een reeks minimumvereisten voor de fabricage ervan.
Zoals de wetenschappers ontdekten, ondanks de bijna 'onmogelijke' reeks kenmerken - een oppervlakte van 10 vierkante meter, een massa in grammen en een reflectievermogen van 99,999999% - zal het grootste probleem bij de vervaardiging van een zeil niet de materiaalkeuze zijn, maar een aantal andere dingen. Het bleek dat er al een aantal materialen op aarde bestaan, waaronder folies van molybdeendisulfide, amorf silicium en een aantal andere halfgeleiders met vergelijkbare eigenschappen.
Promotie video:
Als deze film dun genoeg is, hebben botsingen met helium- en waterstofatomen die in het interstellaire medium aanwezig zijn, paradoxaal genoeg bijna geen effect op de levensduur van het zeil. De meeste atomen zullen er doorheen gaan zonder schade te veroorzaken, en botsingen met stofdeeltjes, zoals berekeningen van natuurkundigen laten zien, zullen niet meer dan 10% van het totale zeiloppervlak beschadigen.
Het probleem is op zijn beurt dat er tegenwoordig geen technologieën zijn die het mogelijk maken om zeer homogene en dunne films van deze stoffen van de vereiste grootte te laten groeien. Wetenschappers zullen een manier moeten vinden om relatief kleine fragmenten van deze films met een diameter van 10-20 centimeter te lijmen, en deze bewerking moet met vrijwel atomaire precisie worden uitgevoerd.
Aan de andere kant zijn Atwater en zijn collega's ervan overtuigd dat dergelijke technieken voor het "lijmen" van zeilstukken vrij snel kunnen worden ontwikkeld, waarbij wordt vertrouwd op de technologieën die tegenwoordig in de IT-industrie worden gebruikt voor het solderen van afzonderlijke elementen van microschakelingen. Hun creatie stelt Breakthrough Starshot in staat om een van de belangrijkste problemen op te lossen en een lasersysteem te creëren dat dit zeil tot de vereiste snelheid kan versnellen.
