In april van dit jaar kondigde een groep zakenmensen en wetenschappers, waaronder Stephen Hawking, een ambitieus project aan om de interstellaire ruimte te verkennen met behulp van een compacte nanosatelliet ter grootte van een postzegel, aangedreven door laseraandrijving. Doelstelling: de dichtstbijzijnde buur van het zonnestelsel bereiken - Alpha Centauri.
Als dit kleine ruimtevaartuig kan worden versneld tot bijna de geplande 1/5 van de lichtsnelheid, kan het schip zijn bestemming in slechts 20 jaar bereiken. Maar kan de elektronica van zo'n klein en kwetsbaar apparaat 20 jaar werken in de ruwe ruimte?
Het grootste probleem waarmee Hawking's Breakthrough Starshot-project zal worden geconfronteerd, is volgens onderzoekers van NASA en het Korea Institute of Science and Technology, ruimtestraling.
Net als in het geval van astronauten zal het ruimtevaartuig elke seconde de kolossale impact van sterk geladen deeltjes moeten ervaren, wat ernstige schade kan toebrengen aan de laag siliciumdioxide die het ruimtevaartuig zal bedekken. In deze situatie zullen alle interne componenten van het apparaat het begeven lang voor het einde van de 20-jarige ruimtereis.
Hoe los je dit probleem op? Een van de opties zou volgens wetenschappers van NASA kunnen zijn om een route aan te leggen rond de gevaarlijkste gebieden, waar de achtergrondstraling veel hoger is dan normaal. In dit geval kan de duur van de missie echter vele malen toenemen. Bovendien zal zelfs een minimale blootstelling aan straling in de loop van de tijd leiden tot ernstige schade aan het ruimtevaartuig.
Een andere, meer praktische optie zou kunnen zijn om de sonde en zijn elektronica af te schermen in de hoop de impact van de schadelijke kosmische achtergrondstraling te verminderen. Maar nogmaals, het toevoegen van extra gewicht aan het ruimtevaartuig zal de snelheid van de missie vertragen, omdat het grotere ruimtevaartuig niet in staat zal zijn om te accelereren naar de gewenste snelheden.
Er is echter een derde manier die zou kunnen werken als we een nanoschip kunnen bouwen dat in staat is tot zelfgenezing van kosmische straling op weg naar Alpha Centauri.
"In feite bestaat de technologie van zelfherstellende chips al jaren", zegt NASA-onderzoeker Jin-Woo Han.
Promotie video:
Experimentele GAA FET-transistors (gate-all-around) ontwikkeld door een internationaal team van wetenschappers kunnen het probleem oplossen. Hun eigenaardigheid ligt in het feit dat chips op basis van deze transistors zich kunnen herstellen onder invloed van warmte. Warmte kan op zijn beurt worden opgewekt met behulp van elektrische stroom. Het belangrijkste idee is dat zo'n chip in het ruimtevaartuig om de paar jaar wordt uitgeschakeld tijdens een lange ruimtereis. Op de momenten van dergelijke "reboots", zal het effect van warmte het herstellen van de effecten van straling. Na herstel zal de chip opnieuw inschakelen en zijn werk blijven doen.
In laboratoriumtests van deze transistors hebben wetenschappers ervoor gezorgd dat flash-geheugen dat daarop gebaseerd is bij verhitting tot 10.000 keer kan worden hersteld en DRAM-geheugen tot 1012 keer. Natuurlijk, vanuit het oogpunt van de vooruitzichten voor gebruik in ruimtevaartuigen op dit moment, zijn deze transistors nog steeds een hypothetische oplossing. Zoals hierboven vermeld, zijn transistors experimenteel. Een frisse en externe kijk op hun effectiviteit is nodig. Het team dat ze heeft gemaakt, is echter van mening dat het gebruik ervan in ruimtemissies zoals Breakthrough Starshot inderdaad mogelijk is.
Het oplossen van het probleem van hoe elektronica werkt onder moeilijke omstandigheden is natuurlijk slechts een deel van een grotere puzzel. Als het kleine ruimtevaartuig Alpha Centauri gaat ontmoeten, zal het meer moeten bestrijden dan alleen straling. Botsingen met kosmisch gas en stof zullen op deze reis net zo gevaarlijk zijn.
Eerder dit jaar begon het onderzoeksteam van Breakthrough Starshot met een reeks op risico's gebaseerde experimenten en ontdekte dat een aanvaring van zo'n klein schip met zelfs deeltjes kosmisch stof catastrofaal zou zijn. Dit betekent dat het nodig is om nogmaals terug te komen op de kwestie van beschermende afscherming van het apparaat.
Voordat het project werkelijkheid wordt, zal het enorm veel werk vergen. En niet alleen techniek, maar ook wetenschappelijk. Uiteindelijk zullen alle inspanningen echter niet voor niets zijn. Het idee zelf, liever niet eens een idee, maar een heel reëel verlangen - om over 20 jaar een ster buiten het zonnestelsel te bereiken - zou niet alleen moeten verbazen, maar ook ongelooflijk motiveren. Gelukkig zijn zowel de eerste als de tweede in overvloed aanwezig in de moderne wetenschap.
NIKOLAY KHIZHNYAK
