Im April dieses Jahres kündigte eine Gruppe von Geschäftsleuten und Wissenschaftlern, darunter Stephen Hawking, ein ehrgeiziges Projekt zur Erforschung des interstellaren Raums mit einem kompakten Nanosatelliten in Briefmarkengröße an, der mit Laserantrieb betrieben wird. Ziel: zum nächsten Nachbarn des Sonnensystems gelangen - Alpha Centauri.
Wenn dieses winzige Raumschiff auf fast das geplante 1/5 der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden kann, kann das Schiff sein Ziel in nur 20 Jahren erreichen. Aber kann die Elektronik eines so winzigen und zerbrechlichen Geräts 20 Jahre lang in rauen Räumen funktionieren?
Das größte Problem, mit dem Hawkings Breakthrough Starshot-Projekt konfrontiert sein wird, ist laut Forschern der NASA und des Korea Institute of Science and Technology die Weltraumstrahlung.
Wie im Fall von Astronauten muss das Raumschiff jede Sekunde den kolossalen Aufprall hoch geladener Teilchen erfahren, was die Siliziumdioxidschicht, die das Raumschiff bedeckt, ernsthaft beschädigen kann. In dieser Situation fallen alle internen Komponenten des Geräts lange vor dem Ende der 20-jährigen Raumfahrt aus.
Wie lösen Sie dieses Problem? Eine der Optionen könnte laut Wissenschaftlern der NASA darin bestehen, eine Route durch die gefährlichsten Gebiete zu legen, in denen die Hintergrundstrahlungskonzentration viel höher als gewöhnlich ist. In diesem Fall kann sich die Dauer der Mission jedoch um ein Vielfaches erhöhen. Darüber hinaus führt selbst eine minimale Strahlenexposition im Laufe der Zeit zu ernsthaften Schäden am Raumfahrzeug.
Eine andere, praktischere Option könnte darin bestehen, die Sonde und ihre Elektronik abzuschirmen, um die Auswirkungen der schädlichen kosmischen Hintergrundstrahlung zu verringern. Wenn Sie dem Raumschiff jedoch zusätzliches Gewicht hinzufügen, wird die Geschwindigkeit der Mission verlangsamt, da das größere Raumschiff nicht auf die gewünschten Geschwindigkeiten beschleunigen kann.
Es gibt jedoch einen dritten Weg, der funktionieren könnte, wenn wir auf dem Weg nach Alpha Centauri ein Nanoship bauen könnten, das sich von kosmischer Strahlung selbst heilen kann.
"Tatsächlich gibt es die Technologie der selbstheilenden Chips seit Jahren", sagt der NASA-Forscher Jin-Woo Han.
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Experimentelle GAA-FET-Transistoren (Gate-All-Around), die von einem internationalen Wissenschaftlerteam entwickelt wurden, können das Problem lösen. Ihre Besonderheit liegt in der Tatsache, dass sich auf diesen Transistoren basierende Chips unter dem Einfluss von Wärme erholen können. Wärme kann wiederum mit elektrischem Strom erzeugt werden. Die Hauptidee ist, dass sich ein solcher Chip im Raumschiff während einer langen Raumfahrt alle paar Jahre ausschaltet. In den Momenten solcher "Neustarts" wird die Wirkung von Wärme die Wirkung von Strahlung wiederherstellen. Nach der Wiederherstellung wird der Chip wieder aktiviert und erledigt seine Arbeit weiter.
In Labortests dieser Transistoren haben Wissenschaftler sichergestellt, dass der auf ihnen basierende Flash-Speicher beim Erhitzen bis zu 10.000-mal und der DRAM-Speicher bis zu 1012-mal wiederhergestellt werden kann. Natürlich sind diese Transistoren unter dem Gesichtspunkt der Aussichten für den Einsatz in Raumfahrzeugen im Moment immer noch eine hypothetische Lösung. Wie oben erwähnt, sind Transistoren experimentell. Eine frische und äußere Perspektive auf ihre Wirksamkeit ist erforderlich. Das Team, das sie erstellt hat, glaubt jedoch, dass ihr Einsatz in Weltraummissionen wie Breakthrough Starshot tatsächlich möglich ist.
Natürlich ist die Lösung des Problems, wie Elektronik in herausfordernden Umgebungen funktioniert, nur ein Teil eines größeren Puzzles. Wenn das winzige Raumschiff Alpha Centauri begegnet, muss es nicht nur mit Strahlung kämpfen. Kollisionen mit kosmischem Gas und Staub sind auf dieser Reise ebenso gefährlich.
Anfang dieses Jahres begann das Breakthrough Starshot-Forschungsteam eine Reihe risikobasierter Experimente und stellte fest, dass eine Kollision eines so kleinen Schiffes mit sogar kosmischen Staubpartikeln katastrophal wäre. Dies bedeutet, dass erneut auf die Frage der Schutzabschirmung des Geräts zurückgegriffen werden muss.
Bevor das Projekt Wirklichkeit wird, wird es einen enormen Arbeitsaufwand erfordern. Und nicht nur Ingenieurwesen, sondern auch Wissenschaft. Letztendlich sind jedoch möglicherweise nicht alle Bemühungen umsonst. Die Idee selbst, eher nicht einmal eine Idee, sondern ein sehr realer Wunsch - in 20 Jahren einen Stern außerhalb des Sonnensystems zu erreichen - sollte nicht nur überraschen, sondern auch unglaublich motivieren. Glücklicherweise hat die moderne Wissenschaft sowohl die erste als auch die zweite im Überfluss.
NIKOLAY KHIZHNYAK
