En un momento, la humanidad tuvo ambiciones que llevaron a proyectos tan increíbles como el primer vuelo tripulado al espacio o una misión a la luna. El siguiente paso será la colonización de planetas y luego los viajes interestelares. La iniciativa Breakthrough Starshot es la sucesora de la ambición humana y promete allanar nuestro camino hacia las estrellas en las inmediaciones.
Breakthrough Starshot, la creación del empresario multimillonario ruso Yuri Milner, se hizo famoso en abril de 2016 en una conferencia de prensa a la que asistieron físicos de renombre como Stephen Hawking y Freeman Dyson. Si bien el proyecto está lejos de estar completo, el plan preliminar implica enviar miles de chips del tamaño de un sello postal en grandes velas plateadas, que primero entrarán en la órbita de la Tierra y luego serán aceleradas por láseres terrestres.
En dos minutos de aceleración láser, la nave espacial acelerará a una quinta parte de la velocidad de la luz, mil veces más rápido que cualquier vehículo artificial en toda la historia de la humanidad.
norte
Cada nave espacial volará durante 20 años y recopilará datos científicos sobre el espacio interestelar. Al llegar a los planetas del sistema estelar Alpha Centauri, la cámara digital incorporada tomará fotografías de alta resolución y enviará imágenes a la Tierra, lo que nos permitirá observar a nuestros vecinos planetarios más cercanos. Además del conocimiento científico, podemos averiguar si estos planetas son aptos para la colonización humana.
El equipo detrás de Breakthrough Starshot es tan impresionante como la tecnología. La junta directiva incluye a Milner, Hawking y Mark Zuckerberg, el creador de Facebook. Pete Warden, ex director del Centro de Investigación Ames de la NASA, es el director ejecutivo. Varios científicos prominentes, incluidos los premios Nobel, están asesorando el proyecto, y Milner aportó $ 100 millones de sus propios fondos para comenzar el trabajo. Junto con sus colegas, están invirtiendo más de $ 10 mil millones durante varios años para completar el trabajo.
Aunque toda esta idea parece completamente de ciencia ficción, no hay ningún obstáculo científico para su implementación. Sin embargo, esto no tiene por qué suceder mañana: para que Starshot tenga éxito, se requieren una serie de avances tecnológicos. Los organizadores y consultores científicos creen en el progreso exponencial y que Starshot existe desde hace 20 años.
A continuación, encontrará una lista de once tecnologías Starshot y las esperanzas que los científicos están depositando en su desarrollo exponencial durante los próximos veinte años.
Video promocional:
Detección de exoplanetas
Un exoplaneta es un planeta fuera de nuestro sistema solar. Aunque el primer descubrimiento científico de un exoplaneta tuvo lugar solo en 1988, hasta el 1 de mayo de 2017, se descubrieron 3.608 exoplanetas en 2.702 sistemas planetarios. Si bien algunos de ellos se parecen a los planetas del sistema solar, hay muchos inusuales, como aquellos con anillos 200 veces más anchos que los de Saturno.
¿Cuál es la razón de esta avalancha de descubrimientos? Mejora sustancial de telescopios.
Hace apenas 100 años, el telescopio más grande del mundo era el Telescopio Hooker con un espejo de 2,54 metros. En la actualidad, el Very Large Telescope de ESO, compuesto por cuatro grandes telescopios de 8,2 metros de diámetro, es la instalación astronómica terrestre más productiva y produce un artículo científico por revisión de expertos por día.
Los científicos están utilizando MBT y una herramienta especial para buscar planetas extrasolares sólidos en la zona potencialmente habitable de la estrella. En mayo de 2016, los científicos que utilizaron el telescopio TRAPPIST en Chile encontraron no uno, sino siete exoplanetas del tamaño de la Tierra a la vez en una zona potencialmente habitable.
Mientras tanto, en el espacio, la nave espacial Kepler de la NASA, especialmente diseñada para la tarea, ya ha identificado más de 2.000 exoplanetas. El telescopio espacial James Webb, que se lanzará en octubre de 2018, proporcionará una visión sin precedentes de si los exoplanetas pueden albergar vida. "Si estos planetas tienen atmósfera, JWST será la clave para descubrir sus secretos", dice Doug Hudgins, científico del programa de exoplanetas en la sede de la NASA en Washington DC.
Costos de lanzamiento
La nave nodriza Starshot se lanzará a bordo del cohete y lanzará 1.000 naves. El costo de transportar cargas útiles utilizando cohetes de un solo uso es enorme, pero los proveedores de servicios privados como SpaceX y Blue Origin han demostrado tener éxito en el lanzamiento de cohetes reutilizables que se espera que reduzcan significativamente los costos de lanzamiento. SpaceX ya ha reducido los costos a $ 60 millones para lanzar el Falcon 9 y, a medida que la industria espacial privada se expande y los cohetes reutilizables se vuelven más frecuentes, el precio caerá y caerá.
Almidón
Cada Starchip de 15 mm ("chip estrella") debe contener una gran variedad de dispositivos electrónicos sofisticados, como un sistema de navegación, una cámara, un láser de comunicación, una batería de radioisótopos, un multiplexor de cámara y su interfaz. Los ingenieros esperan poder meterlo todo en una pequeña máquina del tamaño de un sello postal.
Después de todo, los primeros chips de computadora en la década de 1960 contenían un puñado de transistores. Gracias a la Ley de Moore, hoy podemos colocar miles de millones de transistores en cada chip. La primera cámara digital pesaba varios kilogramos y capturó imágenes de 0,01 megapíxeles. Hoy en día, un sensor de cámara digital captura imágenes en color de alta calidad a 12 megapíxeles y cabe en un teléfono inteligente, junto con otros sensores como GPS, acelerómetro y giroscopio. Y estamos viendo que estas mejoras se filtran a la exploración espacial con satélites más pequeños que nos brindan datos de calidad.
norte
Para que Starshot tenga éxito, necesitaremos una masa de chips de aproximadamente 0,22 gramos para 2030. Pero si las mejoras continúan llegando al mismo ritmo, los pronósticos sugieren que esto es bastante posible.
Vela ligera
La vela debe estar hecha de un material que sea altamente reflectante (para obtener el máximo pulso del láser), mínimamente absorbente (para no quemarse con el calor) y al mismo tiempo muy ligero (que permita una rápida aceleración). Estos tres criterios son sumamente importantes y actualmente no existe un material adecuado para ellos.
Los avances necesarios pueden provenir de la automatización de la inteligencia artificial y la aceleración del descubrimiento de nuevos materiales. Esta automatización ha llegado tan lejos que los métodos de aprendizaje automático de hoy pueden "generar bibliotecas de candidatos para materiales adecuados en decenas de miles de posiciones" y permitir a los ingenieros determinar por cuáles vale la pena luchar y cuáles vale la pena probar en determinadas condiciones.
Almacen de energia
Aunque Starchip utilizará una pequeña batería de radioisótopos durante su viaje de 24 años, todavía necesitaremos baterías químicas convencionales para los láseres. Los láseres deberán liberar energía colosal en poco tiempo, lo que significa que la energía tendrá que almacenarse en baterías cercanas.
Las baterías están mejorando en aproximadamente un 5-8% por año, aunque a menudo no vemos esto porque el consumo de energía está aumentando. Si las baterías continúan mejorando a este ritmo, en veinte años tendrán entre 3 y 5 veces más capacidad que en la actualidad. Otras innovaciones podrían seguir a una importante inversión en la industria de las baterías. La empresa conjunta Tesla-Solar City ya ha entregado 55.000 a Kauai para alimentar la mayor parte de su infraestructura.
Láseres
Se utilizarán miles de potentes láseres para propulsar la embarcación junto con la vela.
Los láseres obedecían la ley de Moore de la misma manera que los circuitos integrados, duplicando su potencia cada 18 meses. La última década ha visto una aceleración dramática en la escala de la potencia de los láseres de diodo y fibra. El primero perforó 10 kilovatios de fibra monomodo en 2010 y una barrera de 100 kilovatios unos meses después. Además de la potencia bruta, también necesitamos tener éxito en la combinación de láseres de matriz en fase.
Velocidad
Nuestra capacidad para movernos rápidamente … se movió rápidamente. En 1804, se inventó el tren y muy pronto ganó una velocidad inaudita de 100 kilómetros por hora. La nave espacial "Helios-2" eclipsó este récord en 1976: en el momento más rápido "Helios-2" se alejaba de la Tierra a una velocidad de 356.040 km / h. 40 años después, la nave espacial New Horizons ha alcanzado una velocidad heliocéntrica de 45 kilómetros por segundo (más de 200.000 kilómetros por hora). Pero incluso a esa velocidad, llevaría mucho tiempo llegar a Alfa Centauri, a cuatro años luz de distancia.
Aunque la aceleración de partículas subatómicas a la velocidad cercana a la de la luz se ha convertido en algo común en los aceleradores de partículas, los objetos macroscópicos no han podido acelerar de esa manera. Alcanzar el 20% de la velocidad de la luz sería 1000 veces la velocidad de cualquier objeto construido por humanos.
Almacenamiento de memoria
La capacidad de almacenar información se convirtió en la base de los cálculos. Starshot dependerá de las continuas disminuciones en el costo y el tamaño de la memoria digital para proporcionar suficiente espacio de almacenamiento para sus programas e imágenes capturadas en el sistema estelar Alpha Centauri y sus planetas.
El costo de la memoria ha disminuido exponencialmente durante décadas: en 1970, un megabyte valía alrededor de un millón de dólares; ahora - meros centavos. El tamaño requerido para el almacenamiento también se ha reducido, de un disco duro de 5 megabytes cargado en 1956 con una carretilla elevadora a memorias USB de 512 gigabytes que pesan unos pocos gramos.
Telecomunicaciones
Una vez que Starchip capture las imágenes, será necesario enviarlas de regreso a la Tierra para su procesamiento.
Las telecomunicaciones han progresado significativamente desde que Alexander Graham Bell inventó el teléfono en 1876. La velocidad media de Internet hoy en día es de unos 11 megabits por segundo. El ancho de banda y la velocidad necesarios para enviar imágenes digitales a más de 4 años luz (40 billones de kilómetros) requerirán los últimos avances en telecomunicaciones.
La tecnología Li-Fi es extremadamente prometedora y su transmisión inalámbrica promete ser 100 veces más rápida que la Wi-Fi. También hay experimentos en el campo de las telecomunicaciones cuánticas, que no serán rápidos, sino seguros.
Cálculos
El paso final del proyecto Starchip será analizar los datos devueltos por la nave espacial. Para ello, tendremos que confiar en el desarrollo exponencial de la potencia informática, que se ha multiplicado por un billón en los últimos 60 años.
Recientemente, la disminución del costo de la informática se ha asociado fuertemente con las nubes. De cara al futuro y utilizando nuevos métodos informáticos como el cuántico, podemos esperar un aumento de potencia de 1.000 veces para cuando Starshot devuelva datos. Esta excepcional potencia informática nos permitirá realizar sofisticadas simulaciones científicas y análisis de nuestro sistema estelar vecino más cercano.
ILYA KHEL
