حلم السفر إلى نظام نجمي آخر ، وربما حتى إيجاد عوالم مأهولة بالسكان هناك ، هو حلم شغّل البشرية لأجيال عديدة. ولكن لم يكن حتى عصر استكشاف الفضاء حتى تمكن العلماء من استكشاف الطرق المختلفة للقيام برحلة بين النجوم. في حين تم اقتراح العديد من التصاميم النظرية على مر السنين ، فقد تم تركيز الكثير من الاهتمام مؤخرًا على المسابر بين النجوم المدفوعة بالليزر.
استضافت مبادرة الدراسات بين النجوم (i4iS) أول دراسة تصميم مفاهيمي ، تعرف باسم مشروع Dragonfly في عام 2013. دعا المفهوم إلى استخدام الليزر لتسريع الشراع الخفيف والمركبة الفضائية إلى 5٪ من سرعة الضوء ، وبالتالي الوصول إلى ألفا القنطور في حوالي قرن. في ورقة بحثية حديثة ، قام أحد الفرق التي شاركت في مسابقة التصميم بتقييم جدوى اقتراحهم لإبحار الأضواء والشراع المغناطيسي.
ونشرت الورقة التي تحمل عنوان "مشروع Dragonfly: Sail to the stars" مؤخرًا في المجلة العلمية أسترا أسترونوتيكا. قاد الدراسة توبياس هافنر ، خريج جامعة بول ساباتير (UPS) تولوز ومهندس النظام الحالي في Open Cosmos Ltd. وانضم إليه أعضاء من أنظمة أكسفورد للفضاء ، جامعة الدراسات العليا للدراسات المتقدمة (SOKENDAI) ، و تقنيات عكا.
عندما يتعلق الأمر بمفاهيم المهمة بين النجوم ، فإن أحد أكبر العوائق كان دائمًا هو وقت السفر المعني. كما أظهرنا في مقال سابق ، سيستغرق الأمر من 1000 إلى 81000 سنة باستخدام التكنولوجيا الحالية للوصول إلى Alpha Centauri. في حين أن هناك العديد من الطرق النظرية التي يمكن أن توفر أوقات سفر أقصر ، فإنها إما تنطوي على فيزياء لم يتم إثباتها بعد أو ستكون باهظة الثمن.
ومن هنا فإن جاذبية الإنارة الخفيفة التي تستفيد من التطورات الأخيرة في التصغير لإنشاء مركبة فضائية أصغر وأقل تكلفة. ميزة أخرى ، على الأقل نظريًا ، هي أن مثل هذه المركبة الفضائية يمكن تسريعها إلى جزء من سرعة الضوء ، وبالتالي ستكون قادرة على تغطية المسافة الشاسعة بين نظامنا الشمسي وأقرب نجم في عقود قليلة أو قرن واحد .
كما ذكرنا ، أطلقت i4iS - وهي منظمة تطوعية مكرسة لجعل السفر بين النجوم في الفضاء حقيقة واقعة في المستقبل القريب - أول دراسة تصميم مفاهيمية لأضواء الأضواء في عام 2013. تبع ذلك في عام 2014 مسابقة لتصميم مركبة فضائية من شأنها القدرة على الوصول إلى Alpha Centauri في غضون 100 عامًا باستخدام التقنيات الحالية أو القريبة المدى.
قدم المتأهلين للتصفيات النهائية الأربعة تصميماتهم في ورشة عمل عقدت في جمعية الكواكب البريطانية في يوليو 2015. وفاز المفهوم الذي قدمه فريق جامعة ميونيخ التقنية ، الذي أطلق بعد ذلك حملة Kickstarter لجمع الأموال لتصميمها. تطور التصميم الذي قدمه فريق جامعة كاليفورنيا في سان دييغو لاحقًا ليصبح تصميم برنامج Breakthrough Starshot لمبادرات الاختراق.
كان المؤلف الرئيسي هافنر وزملاؤه جزءًا من فريق CranSEDS ، الذي تألف من مهندسين وعلماء من جامعة كرانفيلد في المملكة المتحدة ، ومعهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا (Skoltech) في روسيا ، وشركة UPS في فرنسا. في هذه الدراسة الأخيرة ، قدم هو وبعض أعضاء فريقه السابقين مفهوم مهمتهم كجزء من دراسة الجدوى.
من أجل هذه الدراسة ، نظروا في كل جانب من جوانب هندسة مهمة الإنارة. وقد تراوح هذا بين حجم الشراع ، والمواد المستخدمة في بنائه ، وحجم فتحة الليزر ، ووضع الليزر ، ووزن المركبة الفضائية ، والطريقة التي تستخدمها المركبة الفضائية للإبطاء بمجرد اقترابها من وجهتها.
في النهاية ، دعت بنية المهمة التي توصلوا إليها إلى استخدام 100 جيجاوات من طاقة الليزر لتسريع مركبة فضائية 2750 كجم (~ 6000 رطل) إلى 5 ٪ من سرعة الضوء - مما أدى إلى وقت سفر يبلغ حوالي قرن إلى ألفا قنطورس. سوف يتكون الشراع من طبقة أحادية من الجرافين يبلغ قطرها 29.4 كم (18.26 ميل) ، وبالتالي تتطلب ليزر بفتحة قطرها 29.4 كم (18.26 ميل).
سيتم وضع هذا الليزر بالقرب من الشمس (إما في نقطة الأرض- Sun L1 Lagrange أو في مدار Cislunar) وسيتم تشغيله بألواح شمسية ضخمة. من أجل التباطؤ ، ستقوم المركبة الفضائية بالتخلي عن الشراع الخفيف ونشر شراع مغناطيسي يتكون من أسلاك معدنية. سيشكل هذا الشراع هيكلًا دائريًا يبلغ قطره حوالي 35 كم (22 ميل) ويزن 1000 كجم (2200 رطل).
بمجرد نشرها ، ستقوم الشراع المغناطيسي باعتراض البلازما من الوسط النجمي والرياح الشمسية من Alpha Centauri لإبطاء ودخول النظام. وخلصوا إلى أن هذه الهندسة ستحقق التوازن بين الكتلة والسرعة ، وتسمح للبعثة بالوصول إلى Alpha Centauri في ما يزيد قليلاً عن 100 عام ، وتسمح لها بإجراء عمليات علمية عند الوصول.
كما يشيرون في دراستهم ، فإن هذا النوع من هندسة المهام يوفر العديد من المزايا ، ليس أقلها حقيقة أن مركبة فضائية أكبر ستكون قادرة على حمل المزيد في طريق الأدوات وجمع بيانات علمية أكثر من مركبة فضائية بمقياس جرام (كما هو الحال مع Breakthrough Starshot's StarChip). كما استنتجوا:
"تتمتع كل من [الأشرعة بالليزر والمغناطيسية] بميزة عدم الحاجة إلى نقل أي وقود دافع في المركبة الفضائية ... وتستند المهمة إلى التقنيات المتاحة حاليًا أو قيد التطوير ، ولكنها ستحتاج إلى تحسينات واسعة لبناء البنية التحتية الفضائية المطلوبة بالفعل ... مع خط الأساس لمهمة المركبات الفضائية المتعددة ، يتم استخدام نظام الليزر على مدى فترة زمنية معقولة. يمكن الاستفادة من الدروس المستفادة والبيانات التي تم جمعها من المركبة الفضائية الأولى لتعزيز الدروس التالية. "
كما يقرون بالتحديات التي ستترتب على مثل هذه المهمة ، والتي تشمل الحاجة إلى هياكل بحجم كيلومتر في الفضاء. يجب بناء مثل هذه الهياكل في المدار ، الأمر الذي يتطلب تطوير مرافق التصنيع المدارية أولاً. وبالطبع ، سيحتاج الليزر والأنظمة الحيوية الأخرى إلى مزيد من التحسين والتطوير. ومع ذلك ، فإن المفهوم ، وفقًا لدراستهم ، قابل للتنفيذ وسليم من الناحية التقنية.
البعض ، مع ذلك ، لديهم شكوكهم. على سبيل المثال ، هناك دكتور كلوديوس جروس ، فيزيائي نظري من معهد الفيزياء النظرية في جامعة جوته في فرانكفورت. يعد جروس مؤيدًا قديمًا لاستخدام تقنية الشراع بالليزر من أجل بناء مركبة فضائية بين النجوم ، وقد أجرى عملًا نظريًا على استخدام الأشرعة المغناطيسية لإبطاء هذه المركبة الفضائية.
كما أنه مؤسس مشروع جينيسيس ، وهو اقتراح لإرسال مركبة فضائية تعمل بالليزر ومجهزة بمصانع الجينات أو القرون المبردة إلى أنظمة النجوم الأخرى ، حيث ستوزع الحياة الميكروبية على "الكواكب الخارجية عابرة للسكن - أي الكواكب القادرة على دعم الحياة ، ولكن من غير المحتمل أن تؤدي إلى ظهورها بمفردها. كما عبر لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
“فيما يتعلق بالتباطؤ مع المجال المغناطيسي ، هذا غير ممكن في الواقع ضمن المعلمات المفترضة. سوف يستغرق الأمر شراعًا مغناطيسيًا يزن عدة مئات من الأطنان للقيام بهذه المهمة عندما تطوف المركبة بسرعة 5٪ من سرعة الضوء وعندما تتوقف في غضون 20 عامًا ، كما هو مفترض في هذه الورقة. لتسريع مثل هذه المركبات الثقيلة ، ستكون هناك حاجة إلى أنظمة إطلاق أقوى بكثير. "
لمفهوم استخدام الليزر أو الأشرعة الشمسية للقيام بمهام بين النجوم جذور عميقة. ومع ذلك ، فقط خلال السنوات الأخيرة ، اجتمعت الجهود لإنشاء مثل هذه المركبات الفضائية حقًا. في الوقت الحاضر ، هناك العديد من المفاهيم التي تقدم هياكل مختلفة للبعثات ، وكلها لها نصيبها من التحديات والمزايا.
مع وجود العديد من المقترحات قيد التطوير حاليًا - والتي تتضمن الاقتراح المقدم من Haefner وزميله ، مفهوم Dragonfly لـ i4S و Breakthrough Starshot - سيكون من المثير للاهتمام معرفة أي (إن وجد) من مفاهيم الإنارة الحالية التي ستحاول القيام برحلة إلى Alpha Centauri في العقود القادمة.
هل ستكون تلك التي تصل إلى هناك خلال حياتنا ، أم أنها قادرة على إرسال المزيد في طريق البيانات العلمية؟ أم يمكن أن يكون مزيجًا من الاثنين ، نوعًا من نوع قصير الأجل / طويل الأجل من الصفقة؟ من الصعب القول. الفكرة هي أن حلم إقامة مهمة بين النجوم قد لا يظل حلماً لفترة أطول.
