Первые итерации космических путешествий Wafersize

Это рассказ о путешествиях космического корабля «Wafersize».

Ученики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре отправили на воздушном шаре прототип миниатюрного космического корабля, который в конечном итоге мог бы стать «вафельным кораблем», который, как утверждают исследователи, мог быть улучшен лазерами для достижения космического полета на релятивистских скоростях для достижения близлежащих звездных систем и экзопланет.

Так начинается путешествие, финансируемое НАСА и несколькими частными фондами, которое может однажды привести к межзвездному путешествию.

Начало путешествия

«Мы проводили тесты каждого компонента ракеты отдельно, чтобы усовершенствовать их», - сказал профессор физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и экспериментальный космолог Филипп Любин. «Это часть долгосрочной программы по разработке миниатюрных космических аппаратов для межпланетных и, в конечном итоге, для межзвездных полетов». Прототип космического корабля (WSS) достаточно мал, чтобы поместиться в ладони.

Он был запущен в стратосферу над Пенсильванией на высоту 105 000 футов (32 км) - в три раза больше, чем у коммерческих самолетов - для оценки его функциональности и производительности. Запуск был проведен в сотрудничестве с Военно-морской академией США в Аннаполисе 12 апреля 2019 года - 58 лет со дня, когда российский космонавт и летчик Юрий

Гагарин стал первым человеком, совершившим орбитальный космический полет. «Он был спроектирован так, чтобы выполнять многие функции гораздо более крупных космических аппаратов, таких как получение изображений, передача данных, включая лазерную связь, определение ориентации и нвхождение магнитного поля», - сказал Ник Руперт, инженер-разработчик в лаборатории Любина.

«Благодаря быстрому прогрессу в микроэлектронике мы можем сжать космический корабль в гораздо меньший формат, чем это было сделано ранее для специализированных устройств, таких как наше». Прототип космического корабля работал безупречно и собрал более 4000 изображений Земли, что, по словам Руперта, было «отличным первым полетом, и он будет развиваться в этом направлении с этой точки».

Целью проекта, как следует из названия устройства, является создание сверхлегкой (в граммовом масштабе) кремниевой пластины со встроенной электроникой , способной делать снимки в космос для передачи данных обратно на Землю. Из-за расстояния, которое исследователи хотят достичь - примерно 25 триллионов миль или 40 триллионов километров, путешествуя со значительной долей скорости света – данная технология пока не подходит.

«Обычным химическим двигателям, таким как то, что привело нас на Луну почти 50 лет назад, потребовалось бы около ста тысяч лет, чтобы добраться до ближайшей звездной системы, Альфа Центавра», - сказал Любин. «И даже продвинутые двигатели, такие как ионные, потратили бы много тысяч лет для достижения цели. Существует только одна известная технология, которая способна достичь близлежащих звезд в течение жизни человека и использует сам свет в качестве движущей системы».

Двигатель для быстрых перемещений в космосе

Технология, известная как двигатели с направленной энергией, требует создания чрезвычайно большого набора лазеров, которые будут действовать как двигатели. Эта система не используется на космических кораблях. «Если у вас достаточно лазеров, вы можете использовать их чтобы хоть немного приблизиться к скорости света», - сказал Руперт. «Тогда вы будете в системе Альфа Центавра примерно через 20 лет».

Это мероприятие, которое финансируется НАСА под названием Starlight, поддерживается также Фондом прорывов, более известным как Starshot. Калифорнийский университет в Санта-Барбаре инициировал проект в 2009 году при скромном финансировании из программы Spacegrant НАСА, получив в 2015 году дополнительные средства через AdvancedConcepts. Затем команда UC Santa Barbara обратилась к Фонду прорыва миллиардера Юрия Мильнера в 2016 году, чтобы рассказать о значении технологии.

В апреле того же года фонд объявил, что приложит 100 миллионов долларов для поддержки этой программы. Цель состоит в том, чтобы ответить на один из самых больших экзистенциальных вопросов человечества: одиноки ли мы во вселенной? И один из способов выяснить это, по мнению исследователей, состоит в том, чтобы посетить близлежащие экзопланеты, отправив множество этих крошечных космических аппаратов в соседние звездные системы.

Эти чипы будут содержать наноразмерные камеры, навигационное оборудование, коммуникационные технологии и другие системы для поиска ближайших экзопланет далеко за пределами нашей солнечной системы в поисках доказательств жизни. Еще один аспект проекта UC Santa Barbara заключается в отправке жизни с Земли в космос. Исследователи хотят проверить идею переноса жизни на огромные расстояния с использованием радиационно-стойких, замороженных в криокамерах, выносливых крошечных животных.

Но сначала эту технологию нужно создать. По словам ученых, благодаря достижениям в области фотоники и кремниевой электроники их исследования скоро дадут плоды. Неоднократные попытки отправить развивающиеся аппаратные средства в самые отдаленные уголки нашей атмосферы и постепенно в космическое пространство и за его пределы - вот что они надеются получить в итоге.

«Смысл создания этих вещей в том, чтобы знать, что именно нужно усовершенствовать для дальнейшего применения», - сказал Дэвид Маккарти, аспирант кафедры электротехники и вычислительной техники. На этом этапе, по его словам, идея состоит в том, чтобы увидеть, насколько хорошо оборудование работает в все более суровых условиях, в том числе при низких температурах и другими проблемами.

Междисциплинарная группа студентов, состоящая из тех, кто изучает физику, технику, химию и биологию, проводит полеты на воздушном шаре для сбора данных, которые могут в конечном итоге послужить основой для разработки будущих версий пластин. Исследователи заявили, что, поскольку технология становится все более сложной, они могут привлечь полупроводниковую промышленность к выпуску этих крошечных космических микросхем оптом и по низкой цене.

Между тем, инновации в кремниевой оптике и интегрированной фотонике в пластинках позволяют снизить стоимость лазерной решетки, используемой для запуска этих космических аппаратов. Преподаватели и исследователи в отделе электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Санта-Барбаре играют важную роль. «Не так уж и нереально думать, что мы можем сделать куски кремния весом в один грамм, на которых будет все, что мы хотим», - сказал Маккарти.

В конечном итоге съемки межзвездного пространства на огромных расстояниях, группа нацеливается на первый суборбитальный полет в следующем году. Развитие такой технологии прокладывает путь к различным космическим полетам, которые считались бы слишком дорогостоящими или невозможными при использовании традиционной технологии с использованием ракетных двигателей. Потенциальные преимущества основной технологии?

Гораздо более короткое время полета на Марс, чем возможно в настоящее время; планетарная защита от астероидов и комет; Любин отметил, что среди прочего, уменьшение космического мусора, запуск спутников на околоземной орбите или дистанционное питание отдаленных форпостов Солнечной системы. «Это обеспечивает целый класс технологических способностей», - сказал он, в отношении направленной энергии.

«Некоторые даже будут связаны с межпланетными миссиями». Группа UCSB опубликовала более 50 технических статей о технологиях трансформации, которые они разрабатывают, и о радикальных последствиях, которые она имеет для исследования мира и человека.