ناسا تختار خطة جامحة “لحشد” بروكسيما سنتوري بآلاف المجسات الصغيرة: تنبيه علمي

على مدى أجيال، حلم البشر بالسفر إلى أنظمة نجمية أخرى ووضع أقدامهم على عوالم غريبة. وبعبارة ملطفة، فإن استكشاف ما بين النجوم مهمة شاقة.

كما الكون اليوم هو السجل السابق، سوف تستغرق المركبة الفضائية من 19000 إلى 81000 سنة للوصول إلى بروكسيما سنتوري باستخدام الدفع التقليدي (أو ما هو ممكن باستخدام التكنولوجيا الحالية). علاوة على ذلك، هناك العديد من المخاطر التي ينطوي عليها السفر عبر الوسط النجمي (ISM)، والتي ليست كلها مفهومة جيدًا.

وفي ظل هذه الظروف، يبدو أن المركبات الفضائية ذات النطاق الجرامي التي تعتمد على دفع الطاقة الموجهة (الليزر AKA) هي الخيار الوحيد القابل للتطبيق للوصول إلى النجوم المجاورة في هذا القرن.

تشمل المفاهيم المقترحة ما يلي: أسراب بروكسيما سنتوريمشروع مشترك بين شركة مشاريع الفضاء وهذا مبادرة لاستكشاف النجوم (i4is) برئاسة كبير العلماء في مبادرة الفضاء مارشال يوبانكس. تم اختيار المفهوم مؤخرًا تطوير المرحلة الأولى كجزء من هذا العام مفاهيم ناسا المبتكرة المتقدمة (نياك) مخطط.

وفقًا ليوبانكس، فإن السفر بين النجوم هو مسألة مسافة وطاقة وسرعة. على بعد 4.25 سنة ضوئية (40 تريليون كيلومتر؛ 25 تريليون ميل) من النظام الشمسي، حتى بروكسيما سنتوري غير مفهوم.

لوضع الأمر في نصابه الصحيح، فهو في طريقه ليصبح أبعد مسافة قطعتها مركبة فضائية على الإطلاق فوييجر 1 المسبار الفضائي، الذي يبعد حاليًا 24 مليار كيلومتر (15 مليار ميل) عن الأرض. وباستخدام الطرق التقليدية، وصل المسبار إلى سرعة قصوى تبلغ 61500 كيلومتر في الساعة (38215 ميلاً في الساعة) وظل يسافر بشكل مستمر لأكثر من 46 عامًا.

باختصار، السفر بسرعة أقل من السرعة النسبية (جزء من سرعة الضوء) من شأنه أن يجعل النقل بين النجوم طويلًا بشكل لا يصدق وغير عملي على الإطلاق. ونظرًا لمتطلبات الطاقة التي يستلزمها ذلك، فمن الممكن القيام بأي شيء باستثناء مركبة فضائية صغيرة كتلتها بضعة جرامات على الأكثر. كما قال يوبانكس لموقع Universe Today عبر البريد الإلكتروني:

“بالطبع، الصواريخ هي وسيلة شائعة للتحرك بشكل أسرع. تعمل الصواريخ عن طريق رمي “أشياء” (عادةً غاز ساخن) إلى الخلف، بحيث تكون سرعة الجسم المتجه إلى الخلف مساوية لزيادة سرعة السيارة في الاتجاه الأمامي” جوهر الصواريخ هو أن سرعة الجسم الذي يتحرك للخلف هي السرعة التي تريد المضي بها للأمام، وهي مفيدة حقًا فقط إذا كانت قابلة للمقارنة بالسرعة والأشياء الكافية لتحصل على السرعة التي تريدها.

“المشكلة هي أننا لا نملك التكنولوجيا – مصدر الطاقة – التي من شأنها أن تسمح لنا برمي الكثير من الأشياء بسرعة تصل إلى 60 ألف كيلومتر في الثانية، لذلك لن تعمل الصواريخ. يمكن للمادة المضادة أن تجعلها تعمل، ولكن نحن لا نفهم المادة المضادة جيدًا بما فيه الكفاية – ولا يمكننا أن نفعل أي شيء قريب من ذلك – لجعل هذا الحل، ربما لعقود من الزمن”.

في المقابل، فإن مفاهيم مثل Breakthrough Starshot وProxima Swarm “تعكس الصاروخ” – أي أنه بدلاً من إخراج الأشياء، يتم إلقاء الأشياء على المركبة الفضائية. فبدلاً من الوقود الدفعي الثقيل الذي يشكل معظم الصواريخ التقليدية، فإن مصدر الطاقة للشراع الخفيف هو الفوتونات (وهي عديمة الكتلة وتتحرك بسرعة الضوء).

ولكن كما يشير يوبانكس، فإن هذا لا يحل مشكلة الطاقة، ولا يزال من المهم إبقاء المركبة الفضائية صغيرة قدر الإمكان.

وقال: “ترتد الفوتونات من قارب الليزر، وبالتالي تحل مشكلة سرعة الأجسام”.

“لكن المشكلة هي أن الفوتون ليس لديه الكثير من الزخم، لذلك نحن بحاجة إلى واحد كثيراً فيما بينها. وبعد عقود قليلة من الآن، ونظرًا للطاقة المتاحة لنا، سيكون الدفع ضعيفًا، لذا يجب أن تكون كتلة المجسات صغيرة جدًا – جرامًا، وليس طنًا.

يدعو اقتراحهم إلى استخدام جهاز ليزر بقدرة 100 جيجاوات (GW) يمكنه رفع آلاف المجسات الفضائية بحجم جرام إلى سرعات نسبية (~ 10-20 بالمائة من الضوء) باستخدام شراع ليزر. واقترحوا أيضًا دلاءً ضوئية أرضية يصل حجمها إلى كيلومتر مربع واحد (0.386 ميل).²) لالتقاط الإشارات الضوئية من المجسات (وتصبح الاتصالات أكثر صعوبة) عندما يكون بروكسيما سنتوري في طريقه للوصول إليه.

وفقًا لتقديراتهم، يمكن أن يكون مفهوم المهمة جاهزًا للتطوير بحلول منتصف القرن ويصل إلى بروكسيما سنتوري وكوكبه الخارجي الشبيه بالأرض (بروكسيما ب) في الربع الثالث من هذا القرن (2075 أو ما بعده).

أ الورقة السابقةأظهر يوبانكس وزملاؤه كيف يمكن لأسطول مكون من ألف مركبة فضائية التغلب على صعوبات السفر بين النجوم والحفاظ على الاتصالات مع الأرض من خلال ديناميكيات السرب.

عن طريق زيادة مساحة مستجمعات المياه إلى 1 كم² وأضاف: “تقوم العديد من المجسات بدمج عمليات الإرسال الخاصة بها ويمكننا الحصول على معدل بتات معقول (وإن كان صغيرًا)”.

ومع ذلك، فإن تأخر الاتصالات ذهابًا وإيابًا لمدة ثماني سنوات، والذي تفرضه المسافات بين النجوم والنسبية العامة، يجعل التحكم في المسابر بعيدًا عن الأرض أمرًا مستحيلًا.

لذلك، يجب أن تتمتع المجموعة بقدر غير عادي من الاستقلالية عندما يتعلق الأمر بالتنقل (تنسيق آلاف المجسات) وتحديد البيانات التي سيتم إرسالها إلى الأرض. وبينما تتناول هذه الاستراتيجيات المسافة والطاقة والسرعة (على الأقل في الوقت الحالي)، لا تزال هناك مشكلة حول تكلفة بناء السرب والبنية التحتية المرتبطة به.

وستكون التكلفة الأكبر منفردة هي مصفوفة الليزر، في حين أن الحرف اليدوية ذات مقياس الجرام ستكون رخيصة إلى حد معقول في الإنتاج. كما قال يوبانكس لـ Universe Today أ المقال السابقويمكن بناء اقتراحهم على ميزانية قدرها 100 مليار دولار.

ولكن كما أكد يوبانكس (آنذاك والآن)، فإن مزايا بنية مهمتهم المتصورة كثيرة، وستكون فوائد إرسال مجموعة من المجسات إلى بروكسيما سنتوري فلكية:

“الحقيقة البسيطة هي أن تكلفة مهمة بين النجوم تعمل بالليزر مع مجسات خفيفة الوزن ونظام ليزر كبير لدفعها إلى النجوم ستهيمن عليها التكاليف الرأسمالية – تكاليف نظام الليزر.”

“الاستطلاعات رخيصة نسبيًا. لذا، إذا أرسلت واحدة، فيجب أن ترسل الكثير. ومن الواضح أن إرسال الكثير من الاستطلاعات يجلب ميزة التكرار.”

“السفر عبر الفضاء أمر خطير، والسفر بين النجوم خطير بشكل خاص، لذلك إذا أرسلنا الكثير من المجسات، يمكننا تحمل معدل خسارة مرتفع. ولكن يمكننا أن نفعل أكثر من ذلك بكثير.”

“نريد أن نبحث عن علامات علم الأحياء والتكنولوجيا، لذلك من الجيد أن نحصل على مجسات قريبة جدًا من الكوكب للحصول على صور وأطياف جيدة للسطح والغلاف الجوي.”

“سيكون الأمر صعبًا بالنسبة للمسبار، لأننا لا نعرف جيدًا أن الكوكب سيكون بعد أكثر من 24 عامًا في المستقبل. ومن خلال إرسال عدد قليل من المجسات، يجب أن نقترب على الأقل من الكوكب. مما يمنحنا الرؤية القريبة التي نريدها.”

علاوة على ذلك، يعتقد يوبانكس وزملاؤه أن تطوير سرب متزامن من المجسات الآلية سيكون له تطبيقات أقرب إلى المنزل. تعد Swarm robotics مجالًا بحثيًا ساخنًا اليوم ويتم استكشافها كآلية محتملة استكشاف المحيطات الداخلية في أوروبا, حفر مدن تحت الأرض على المريخ, تجميعها هياكل كبيرة في الفضاء، وتوفر مراقبة مكثفة للطقس من مدار الأرض.

إلى جانب استكشاف الفضاء ومراقبة الأرض، فإن لروبوتات السرب أيضًا تطبيقات الدواءالتصنيع الإضافي, التعليم البيئي, تحديد المواقع والملاحة العالمية, البحث و الإنقاذأكثر من ذلك.

على الرغم من أن الأمر قد يستغرق عقودًا قبل أن تصل مهمة بين النجوم إلى Alpha Centauri، إلا أن يوبانكس وزملاؤه فخورون ومتحمسون ليكونوا من بين مرشحي ناسا لبرنامج NIAC لعام 2024. ووفقا لهم، استغرق البحث سنوات، لكنه أصبح أقرب إلى التنفيذ من أي وقت مضى.

وقال يوبانكس: “لقد مر وقت طويل – ما يقرب من عقد من الزمن – ونشعر بالفخر لاختيارنا”. “الآن يبدأ العمل الحقيقي.”

تم نشر هذه المقالة في الأصل الكون اليوم. واصل القراءة المقالة الأصلية.