An der University of California in Santa Barbara arbeiten Forscher der UCSB Experimental Cosmology Group (ECG) derzeit an Wegen, um den Traum vom interstellaren Flug zu verwirklichen. Unter der Leitung von Professor Philip Lubin hat die Gruppe erhebliche Anstrengungen unternommen, um eine interstellare Mission zu schaffen, die aus einem Lichtsegel mit gerichteter Energie und einem „Wafercraft“ im Wafer-Maßstab-Raumschiff (WSS) besteht.
Wenn alles gut geht, wird dieses Raumschiff in der Lage sein, relativistische Geschwindigkeiten (einen Teil der Lichtgeschwindigkeit) zu erreichen und es innerhalb unseres Lebens zum nächsten Sternensystem (Proxima Centauri) zu schaffen. Vor kurzem hat das EKG einen wichtigen Meilenstein erreicht, indem es erfolgreich eine Prototypversion seines Wafercrafts (auch bekannt als „StarChip“) getestet hat. Dies bestand darin, den Prototyp per Ballon in die Stratosphäre zu schicken, um seine Funktionalität und Leistung zu testen.
Der Start wurde in Zusammenarbeit mit der United States Naval Academy in Annapolis am 12. April 2019 durchgeführt. Dieses Datum wurde anlässlich des 58. Jahrestages des Orbitalfluges des russischen Kosmonauten Juri Gagarin ausgewählt und war damit der erste Mensch, der ins All ging . Der Test bestand darin, den Prototyp an Bord eines Ballons in einer Höhe von 32.000 m über Pennsylvania zu starten.
Wie Prof. Lubin in einem Interview mit UCSB erklärte Die jetzige:
"Es ist Teil eines Bauprozesses für die Zukunft und auf dem Weg testen Sie jeden Teil des Systems, um es zu verfeinern." Es ist Teil eines langfristigen Programms zur Entwicklung von Miniatur-Raumfahrzeugen für den interplanetaren und schließlich für den interstellaren Flug. "
Die Idee hinter dem StarChip ist einfach. Durch die Nutzung der Fortschritte bei der Miniaturisierung könnten alle notwendigen Komponenten einer Erkundungsmission auf einem Raumschiff von der Größe einer menschlichen Hand montiert werden. Die Segelkomponente baut auf dem Konzept eines Sonnensegels und Entwicklungen aus leichten Materialien auf. und zusammen ergeben sie ein Raumschiff, das um bis zu 20% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden kann.
Für diesen Flug hat das Wissenschaftsteam, das ihn erstellt hat, den StarChip einer Reihe von Tests unterzogen, um seine Leistung im Weltraum und seine Fähigkeit, andere Welten zu erkunden, zu messen. Abgesehen davon, wie es sich in der Stratosphäre der Erde verkleidete (dreimal höher als die Betriebsobergrenze von Flugzeugen), sammelte der Prototyp mehr als 4000 Bilder der Erde. Wie Nic Rupert, ein Entwicklungsingenieur in Lubins Labor, erklärte:
„Es wurde entwickelt, um viele Funktionen von viel größeren Raumfahrzeugen zu erfüllen, wie z. B. Bildgebung, Datenübertragung, einschließlich Laserkommunikation, Lagebestimmung und Magnetfelderfassung. Aufgrund der rasanten Fortschritte in der Mikroelektronik können wir ein Raumschiff auf ein viel kleineres Format verkleinern als bisher für spezielle Anwendungen wie unsere. “
Während der StarChip auf diesem Flug einwandfrei lief, stehen einige massive technische Hürden bevor. Angesichts der Entfernungen - 4,24 Lichtjahre (40 Billionen km; 25 Billionen Meilen) - und der Tatsache, dass das Raumschiff einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit erreichen muss, sind die technologischen Anforderungen gewaltig. Wie Lubin sagte:
„Gewöhnliche chemische Antriebe, wie sie uns vor fast 50 Jahren zum Mond gebracht haben, würden fast hunderttausend Jahre brauchen, um zum nächsten Sternensystem, Alpha Centauri, zu gelangen. Und selbst fortschrittliche Antriebe wie Ionenmotoren würden viele tausend Jahre dauern. Es gibt nur eine bekannte Technologie, die in der Lage ist, die nahegelegenen Sterne innerhalb eines menschlichen Lebens zu erreichen, und die das Licht selbst als Antriebssystem verwendet. “
Eine der größten Herausforderungen an diesem Punkt ist der Bau eines erdbasierten Laser-Arrays, das das Lasersegel beschleunigen kann. „Wenn Sie ein ausreichend großes Laserarray haben, können Sie die Wafer tatsächlich mit einem Lasersegel schieben, um unser Ziel von 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen“, fügte Rupert hinzu. "Dann bist du in ungefähr 20 Jahren bei Alpha Centauri."
Seit 2009 erforscht und entwickelt die UCSB Experimental Cosmology Group dieses Konzept im Rahmen eines NASA Advanced Concepts-Programms namens Starlight. Seit 2016 erhalten sie im Rahmen von Breakthrough Starshot beträchtliche Unterstützung von Breakthrough Initiatives (dem von Yuri Milner ins Leben gerufenen gemeinnützigen Weltraumerkundungsprogramm).
Anstatt ein einziges Raumschiff zu erschaffen, hofft das Team, dass ihre Forschung zur Schaffung von Hunderten und sogar Tausenden von Waferscale-Schiffen führen wird, die Exoplaneten in nahe gelegenen Sternensystemen besuchen könnten. Diese Raumschiffe würden den Bedarf an Treibmittel beseitigen und könnten die Reise innerhalb weniger Jahrzehnte anstatt Jahrhunderte oder Jahrtausende machen.
In dieser Hinsicht könnten diese Raumschiffe offenbaren, ob in unseren Leben Leben jenseits der Erde existiert oder nicht. Ein weiterer interessanter Aspekt des UCSB-Projekts besteht darin, Leben von der Erde an andere Exoplaneten zu senden. Insbesondere Tardigraden und der Nematode c.
Dieser Aspekt ihres Plans ist nicht unähnlich dem Vorschlag von Dr. Claudius Gros vom Institut für Theoretische Physik der Goethe-Universität. Der Vorschlag mit dem passenden Namen „Project Genesis“ sieht vor, dass Raumfahrzeuge, die durch gerichtete Energie angetrieben werden, zu anderen Sternensystemen gelangen und dort „vorübergehend bewohnbare“ Exoplaneten aussäen. Kurz gesagt, das Leben würde einen Startschuss für Planeten bekommen, die bewohnbar, aber nicht bewohnt sind.
Wie David McCarthy, ein Doktorand in der Abteilung für Elektrotechnik und Informationstechnik an der UCSB, erklärte, ist es ein sehr iterativer Prozess, an den Punkt zu gelangen, an dem alles möglich ist. "Der Sinn des Aufbaus dieser Dinge besteht darin, zu wissen, was wir in die nächste Version, in den nächsten Chip, aufnehmen wollen", sagte er. "Sie beginnen mit Standardkomponenten, weil Sie schnell und kostengünstig iterieren können."
Nach Abschluss dieses Höhentests strebt die UCSB-Gruppe im nächsten Jahr einen suborbitalen Erstflug an. In der Zwischenzeit senken Fortschritte in der Siliziumoptik und der integrierten Photonik im Wafer-Maßstab - auch dank der Forschung der Elektro- und Computertechnikabteilung von UCSB - die Kosten für die Massenproduktion dieser winzigen Raumfahrzeuge.
Zusätzlich zu interstellaren Reisen könnte diese Technologie schnelle und kostengünstige Missionen zum Mars und zu anderen Orten im Sonnensystem ermöglichen. Prof. Lubin und seine Kollegen haben auch jahrelang Anwendungen zur planetaren Verteidigung gegen Kometen untersucht, Weltraummüll gemindert, erdumlaufende Satelliten verstärkt oder entfernte Außenposten des Sonnensystems aus der Ferne mit Strom versorgt. Wenn es um gerichtete Energie geht, sind die Möglichkeiten wirklich atemberaubend.
