kozmos.hr
Tehnologija

Kako mogu laserski pogonjena svjetlosna jedra ostati stabilna?

Projekt Starshot, inicijativa koju sponzorira Zaklada Breakthrough, trebao bi biti prvo međuzvjezdano putovanje čovječanstva. Zasluge: breakthroughinitiatives.org.
objavljeno

Putovanje do najbliže zvijezde predstavlja ogroman izazov, s obzirom na to da nas konvencionalne rakete neće moći dovesti tamo zbog enormnih zahtjeva za gorivom, koji bi učinili svemirski brod neopravdano teškim. Alternativa leži u putovanju ‘na svjetlosti’. Naime, umjesto da sa sobom nosimo gorivo, možemo pričvrstiti naš minijaturni svemirski brod za veliko reflektirajuće jedro i osvijetliti ga snažnim laserom. Impuls fotona gurao bi svemirski brod do brzine koja je frakcija brzine svjetlosti. Zahvaljujući tome, misija koristeći svjetlosno jedro mogla bi doći do Proxime Centauri u roku od nekoliko desetljeća. Iako je konceptualno ideja jednostavna, inženjerski izazovi su iznimno veliki jer, tijekom desetljeća i svjetlosnih godina putovanja, čak i najmanji problemi postaju teško rješivi.

Primjer takvog izazova može se vidjeti u nedavnom radu objavljenom na arXiv-u, koji se bavi problematikom uravnoteženja svjetlosnog jedra na snopu lasera. Iako bi laser teoretski mogao biti precizno usmjeren prema zvijezdi ili točki gdje će se zvijezda nalaziti za nekoliko desetljeća, svjetlosno jedro bi se držalo na pravcu samo ako je savršeno uravnoteženo. Ukoliko je jedro i najmanje nagnuto u odnosu na zraku, reflektirana laserska svjetlost proizvela bi na svjetlosnom jedru blagi bočni potisak. Ovo odstupanje, iako minimalno, s vremenom bi se akumuliralo, uzrokujući sve veće odmicanje s puta prema cilju. S obzirom na to da savršeno poravnavanje svjetlosnog jedra nije moguće, nužno je pronaći način za korekciju malih odstupanja.

Za tradicionalne rakete, stabilizacija se može postići uporabom unutarnjih žiroskopa i motora koji mogu dinamički prilagođavati svoj potisak za obnovu ravnoteže. Međutim, sustav žiroskopa bio bi previše težak za međuzvjezdano svjetlosno jedro, a prilagodbe snopa lasera do svjetlosnog jedra trajale bi mjesecima ili godinama, čineći brze promjene nemogućima. Stoga autori rada predlažu korištenje radijativnog trika poznatog kao Poynting-Robertsonov efekt. Ovaj efekt, proučavan još od ranih 1900-ih, uzrokovan je relativnim gibanjem između objekta i izvora svjetlosti. Na primjer, zrno prašine koje kruži oko Sunca primjećuje svjetlost koja dolazi pod blagim kutom prema naprijed zbog njegovog kretanja kroz sunčevu svjetlost. Ta komponenta svjetlosti može vrlo lagano usporiti asteroid, uzrokujući da prašina s vremenom teži prema unutrašnjem solarnom sustavu.

U spomenutom radu, autori su razmatrali dvodimenzionalni model kako bi istražili mogućnost korištenja Poynting-Robertsonovog efekta za održavanje korektnog kursa svjetlosne sonde. Za potrebe pojednostavnjenja, pretpostavili su da je svjetlosni snop jednostavan monokromatski ravninski val. Iako su stvarni laseri složeniji, ova pretpostavka smatra se prihvatljivom za dokazivanje koncepta. Demonstrirali su kako sustav sa dva jedra može iskoristiti efekte relativnog gibanja za održavanje letjelice u ravnoteži. Dok se jedra blago skreću s kursa, obnavljajuća sila iz snopa suprotstavlja se tomu, čime se dokazuje da bi koncept mogao funkcionirati.

Ipak, autori su primijetili da s vremenom dolazi do utjecaja relativnosti. Prethodne studije su uzimale u obzir Dopplerov efekt relativnog gibanja, no ova studija ukazuje na to da bi se pojavila i relativistička verzija kromatske aberacije. Realističan dizajn morao bi uzeti u obzir potpune relativističke učinke, što zahtijeva sofisticirano modeliranje i optičke prilagodbe. Stoga se svjetlosno jedro i dalje čini kao izvediva opcija za dostizanje zvijezda. Važno je, međutim, ne podcjenjivati inženjerske izazove koji su pred nama

Pratite Kozmos na Google Vijestima.

CroCube