Durchbruch Starshot-Mitglieder haben eine Liste der Herausforderungen zusammengestellt, die sie lösen müssen, um ein Sonnensegel der richtigen Größe zu erstellen, das in 20 Jahren nach Alpha Centauri fliegen kann. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature Materials veröffentlicht.
„Die ersten Ergebnisse unserer Analyse waren unerwartet optimistisch - die heute bereits vorhandenen Materialien ermöglichen es uns in Kombination mit neuen Methoden zur Herstellung und Messung ihrer Eigenschaften im Prinzip, einen Prototyp eines Segels zu erstellen, der zur Beschleunigung eines interstellaren Schiffs geeignet ist“, schrieben Harry Atwater und Kollegen. vom California Institute of Technology in Pasadena (USA).
Im April 2016 sprachen der verstorbene britische Kosmologe Stephen Hawking und der russische Milliardär Yuri Milner über ihre nächste "Weltraum" -Initiative in der Breakthrough Initiatives-Reihe - Breakthrough Starshot. In seinem Rahmen stellte der Geschäftsmann 100 Millionen Dollar zur Verfügung, um ein Raumschiff zu bauen, das auf einer Idee basiert, die vor zwei Jahren von kalifornischen Physikern unter der Leitung von Philip Lubin entworfen wurde.
Seine Essenz besteht darin, keine klassischen Raumschiffe an entfernte Planeten zu senden, sondern extrem leichte und flache Strukturen aus reflektierendem Material, die mit einem leistungsstarken Orbitallaser auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden.
Ein solches interstellares "Segelschiff" wird nach Berechnungen amerikanischer Physiker in 20 Jahren Alpha Centauri erreichen und in nur drei Tagen ohne Nutzlast und in einem Monat mit einer Last von 10 Tonnen zwischen Mars und Erde fliegen können.
Das Hauptproblem in beiden Fällen wird die Verzögerung der Sonde sein - während das Team, das sie entwickelt hat, keine Ideen hat, wie der Stopp des Laser- "Segelboots" sicher gemacht werden kann. Ähnliche Probleme treten auf, wie andere Physiker später vorschlugen, während der Beschleunigung - das Segel wird entweder von einem Laser verbrannt oder es kollabiert, wenn es mit Staubpartikeln kollidiert.
Atwater und seine Kollegen am Institut, die direkt an Breakthrough Starshot beteiligt waren, untersuchten zum ersten Mal detailliert, wie sich ein solches Segel bei der Interaktion mit einem Laser und dem interstellaren Medium verhalten würde, und formulierten eine Reihe von Mindestanforderungen für seine Herstellung.
Wie die Wissenschaftler herausfanden, wird trotz der fast "unmöglichen" Eigenschaften - einer Fläche von 10 Quadratmetern, einer Masse in Gramm und einem Reflexionsvermögen von 99,999999% - das Hauptproblem bei der Herstellung eines Segels nicht die Auswahl des Materials sein, sondern eine Reihe anderer Dinge. Es stellte sich heraus, dass es auf der Erde bereits eine Reihe von Materialien gibt, darunter Filme aus Molybdändisulfid, amorphem Silizium und einer Reihe anderer Halbleiter mit ähnlichen Eigenschaften.
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Wenn dieser Film dünn genug ist, haben Kollisionen mit Helium- und Wasserstoffatomen im interstellaren Medium paradoxerweise fast keinen Einfluss auf die Lebensdauer des Segels. Die meisten Atome passieren es, ohne Schaden zu verursachen, und Kollisionen mit Staubpartikeln beschädigen, wie die Berechnungen der Physiker zeigen, nicht mehr als 10% der gesamten Segelfläche.
Das Problem wiederum ist, dass es heute keine Technologien gibt, die es ermöglichen würden, sehr homogene und dünne Filme dieser Substanzen der erforderlichen Größe zu züchten. Wissenschaftler müssen einen Weg finden, relativ kleine Fragmente dieser Filme mit einem Durchmesser von 10 bis 20 Zentimetern zu kleben, und dieser Vorgang muss mit nahezu atomarer Präzision durchgeführt werden.
Andererseits sind Atwater und seine Kollegen zuversichtlich, dass solche Techniken zum "Kleben" von Segelstücken schnell entwickelt werden können, wobei sie sich auf die Technologien stützen, die heute in der IT-Branche zum Löten einzelner Elemente von Mikroschaltungen verwendet werden. Ihre Entwicklung wird es Breakthrough Starshot ermöglichen, eines der Hauptprobleme zu lösen und ein Lasersystem zu entwickeln, das dieses Segel auf die erforderliche Geschwindigkeit beschleunigen kann.
