في جامعة كاليفورنيا ، سانتا باربرا ، يعمل الباحثون في مجموعة UCSB التجريبية لعلم الكونيات (ECG) حاليًا على طرق لتحقيق حلم الطيران بين النجوم. تحت قيادة البروفيسور فيليب لوبين ، كرست المجموعة قدرًا كبيرًا من الجهد نحو إنشاء مهمة بين النجوم تتكون من شراع ضوئي موجه للطاقة ومركبة فضائية على نطاق رقاقة (WSS) "رقاقة".
إذا سارت الأمور على ما يرام ، ستتمكن هذه المركبة الفضائية من الوصول إلى السرعات النسبية (جزء من سرعة الضوء) والوصول إلى أقرب نظام نجمي (Proxima Centauri) خلال حياتنا. في الآونة الأخيرة ، حققت ECG معلماً رئيسياً من خلال اختبار نسخة نموذجية بنجاح من رقاقاتهم (المعروفة أيضًا باسم "StarChip"). يتألف هذا من إرسال النموذج الأولي عبر البالون إلى الستراتوسفير لاختبار وظائفه وأدائه.
أُطلق الإطلاق بالتعاون مع الأكاديمية البحرية الأمريكية في أنابوليس في 12 أبريل 2019. وقد تم اختيار هذا التاريخ ليتزامن مع الذكرى 58 لرحلة الفضاء المداري لرواد الفضاء الروسي يوري جاجارين ، مما يجعله أول إنسان يسافر إلى الفضاء . تضمن الاختبار إطلاق النموذج الأولي على متن بالون على ارتفاع 32000 متر (105000 قدم) فوق ولاية بنسلفانيا.
كما أوضح البروفيسور لوبين في مقابلة مع UCSB's الحالي:
"إنها جزء من عملية بناء للمستقبل ، وعلى طول الطريق تختبر كل جزء من النظام لتحسينه. إنه جزء من برنامج طويل المدى لتطوير مركبة فضائية مصغرة للكوكب وفي النهاية للهروب بين النجوم ".
الفكرة وراء StarChip بسيطة. من خلال الاستفادة من التطورات في التصغير ، يمكن تركيب جميع المكونات الضرورية للبعثة الاستكشافية على مركبة فضائية بحجم يد الإنسان. يبني عنصر الشراع على مفهوم الشراع الشمسي والتطورات المصممة من مواد خفيفة الوزن ؛ ويجمعون معًا ما يصل إلى مركبة فضائية يمكن تسريعها حتى 20٪ من سرعة الضوء.
من أجل هذه الرحلة ، قام الفريق العلمي الذي أنشأها بوضع StarChip من خلال سلسلة من الاختبارات المصممة لقياس أدائها في الفضاء والقدرة على استكشاف عوالم أخرى. بصرف النظر عن كيفية تعاملها في الغلاف الجوي للأرض (أعلى ثلاث مرات من السقف التشغيلي للطائرات) ، جمع النموذج الأولي أكثر من 4000 صورة للأرض. كما أوضح نيك روبرت ، مهندس تطوير في مختبر لوبين:
"لقد تم تصميمه ليحتوي على العديد من وظائف المركبات الفضائية الأكبر حجمًا ، مثل التصوير ونقل البيانات ، بما في ذلك اتصالات الليزر وتحديد المواقف واستشعار المجال المغناطيسي. نظرًا للتقدم السريع في الإلكترونيات الدقيقة ، يمكننا تقليص مركبة فضائية إلى تنسيق أصغر بكثير مما تم القيام به من قبل للتطبيقات المتخصصة مثل تطبيقاتنا ".
في حين أن StarChip كان يؤدي بشكل لا تشوبه شائبة في هذه الرحلة ، إلا أن هناك بعض العقبات التقنية الضخمة التي تنتظره. بالنظر إلى المسافات المعنية - 4.24 سنة ضوئية (40 تريليون كيلومتر ؛ 25 تريليون ميل) - وحقيقة أن المركبة الفضائية ستحتاج إلى الوصول إلى جزء صغير من سرعة الضوء ، فإن المتطلبات التكنولوجية هائلة. كما قال لوبين:
"الدفع الكيميائي العادي ، مثل ذلك الذي أخذنا إلى القمر منذ ما يقرب من 50 عامًا حتى اليوم ، سيستغرق ما يقرب من مائة ألف سنة للوصول إلى أقرب نظام نجمي ، ألفا سنتوري. وحتى الدفع المتقدم مثل المحركات الأيونية سيستغرق عدة آلاف من السنين. هناك تقنية واحدة فقط قادرة على الوصول إلى النجوم القريبة خلال حياة الإنسان والتي تستخدم الضوء نفسه كنظام دفع. "
أحد أكبر التحديات في هذه المرحلة هو بناء مصفوفة ليزر قائمة على الأرض قادرة على تسريع شراع الليزر. وأضاف روبرت: "إذا كان لديك مصفوفة ليزر كبيرة بما يكفي ، يمكنك في الواقع دفع الرقائق بشراع ليزر للوصول إلى هدفنا المتمثل في 20 في المائة من سرعة الضوء". "ثم ستكون في Alpha Centauri في حوالي 20 عامًا."
منذ عام 2009 ، تقوم مجموعة UCSB التجريبية لعلم الكونيات بالبحث وتطوير هذا المفهوم كجزء من برنامج NASA Advanced Concepts Program الذي يسمى Starlight. منذ عام 2016 ، تلقوا دعمًا كبيرًا من Breakthrough مبادرات (برنامج استكشاف الفضاء غير الربحي الذي أنشأه Yuri Milner) كجزء من Breakthrough Starshot.
وبدلاً من إنشاء مركبة فضائية واحدة ، يأمل الفريق في أن تؤدي أبحاثهم إلى إنشاء مئات بل وآلاف من المركبات ذات المقاييس الرملية التي يمكنها زيارة الكواكب الخارجية في أنظمة النجوم القريبة. ستقوم هذه المركبات الفضائية بالتخلص من الحاجة إلى الوقود الدافع وستكون قادرة على القيام بالرحلة في غضون بضعة عقود بدلاً من قرون أو آلاف السنين.
في هذا الصدد ، ستكون هذه المركبات الفضائية قادرة على الكشف عما إذا كانت الحياة موجودة خارج الأرض في حياتنا أم لا. جانب آخر مثير للاهتمام من مشروع UCSB ينطوي على إرسال الحياة من الأرض إلى الكواكب الخارجية الأخرى. على وجه التحديد ، tardigrades و الديدان الخيطية ج.
هذا الجانب من خطتهم لا يختلف عن الاقتراح الذي قدمه الدكتور كلوديوس جروس من معهد الفيزياء النظرية بجامعة جوته. ويدعى الاقتراح الذي يحمل اسم "Project Genesis" ، مركبة فضائية مدفوعة بالطاقة الموجهة إلى السفر إلى أنظمة النجوم الأخرى وبذرة أي كواكب خارجية "صالحة للسكن العابر" موجودة. باختصار ، ستعطي الحياة انطلاقة سريعة على الكواكب الصالحة للسكن ولكنها غير مأهولة.
كما أوضح ديفيد مكارثي ، وهو طالب دراسات عليا في قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة كاليفورنيا سان فرانسيسكو ، فإن الوصول إلى النقطة التي يكون فيها كل شيء ممكنًا هو عملية تكرارية للغاية. وقال: "إن الهدف من بناء هذه الأشياء هو معرفة ما نريد تضمينه في الإصدار التالي ، في الشريحة التالية". "تبدأ بمكونات جاهزة لأنه يمكنك التكرار بسرعة وبتكلفة زهيدة."
مع اكتمال هذا الاختبار على ارتفاعات عالية ، تهدف مجموعة UCSB إلى رحلة أولى دون المدارية في العام المقبل. وفي الوقت نفسه ، فإن التقدم في بصريات السليكون والضوئيات المدمجة على نطاق الرقاقة - ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى البحث الذي أجراه قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في UCSB - إلى تقليل تكلفة إنتاج هذه المركبات الفضائية الصغيرة.
بالإضافة إلى السفر بين النجوم ، يمكن لهذه التقنية تسهيل المهام السريعة منخفضة التكلفة إلى المريخ والمواقع الأخرى في النظام الشمسي. أمضى البروفيسور لوبين وزملاؤه الباحثون أيضًا سنوات في استكشاف تطبيقات الدفاع الكوكبي ضد المذنبات ، أو تخفيف الحطام الفضائي ، أو تعزيز الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض ، أو تشغيل البؤر الاستيطانية البعيدة للنظام الشمسي عن بُعد. عندما يتعلق الأمر بالطاقة الموجهة ، فإن الاحتمالات مذهلة حقًا.
