Członkowie Breakthrough Starshot sporządzili listę wyzwań, które będą musieli rozwiązać, aby stworzyć żagiel słoneczny o odpowiednich rozmiarach, aby latać do Alpha Centauri za 20 lat. Ich odkrycia zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Materials.
„Pierwsze wyniki naszej analizy były nieoczekiwanie optymistyczne - istniejące już dziś materiały, w połączeniu z nowymi metodami wytwarzania i pomiaru ich właściwości, w zasadzie pozwalają nam stworzyć prototypowy żagiel nadający się do przyspieszenia statku międzygwiazdowego” - napisał Harry Atwater i współpracownicy. z California Institute of Technology w Pasadenie (USA).
W kwietniu 2016 r. Nieżyjący już brytyjski kosmolog Stephen Hawking i rosyjski miliarder Yuri Milner opowiedzieli o swojej kolejnej „kosmicznej” inicjatywie w ramach serii Breakthrough Initiatives - Breakthrough Starshot. W jej ramach biznesmen przeznaczył 100 milionów dolarów na stworzenie statku kosmicznego, opartego na pomyśle przedstawionym przez fizyków kalifornijskich pod kierownictwem Philipa Lubina dwa lata temu.
Jej istotą jest wysyłanie nie klasycznych statków kosmicznych na odległe planety, ale niezwykle lekkie i płaskie konstrukcje wykonane z odblaskowego materiału, które będą przyspieszane do prędkości bliskich światłu za pomocą potężnego lasera orbitalnego.
Taki międzygwiezdny „żaglowiec”, według obliczeń amerykańskich fizyków, będzie w stanie dotrzeć do Alpha Centauri za 20 lat i będzie latał między Marsem a Ziemią w zaledwie trzy dni bez ładunku i za miesiąc z ładunkiem 10 ton.
Głównym problemem w obu przypadkach będzie spowolnienie sondy - podczas gdy zespół, który to wymyślił, nie ma pomysłu na bezpieczne zatrzymanie laserowej „żaglówki”. Podobne problemy pojawią się, jak sugerowali później inni fizycy, podczas jego przyspieszania - żagiel albo zostanie spalony przez laser, albo zapadnie się, gdy zderzy się z cząstkami pyłu.
Atwater i jego koledzy z instytutu, bezpośrednio zaangażowani w Breakthrough Starshot, po raz pierwszy szczegółowo zbadali, jak zachowywałby się taki żagiel podczas interakcji z laserem i ośrodkiem międzygwiazdowym, i sformułowali zestaw minimalnych wymagań dotyczących jego produkcji.
Jak odkryli naukowcy, pomimo niemal „niemożliwego” zestawu cech - powierzchni 10 metrów kwadratowych, masy w gramach i współczynnika odbicia 99,9999999% - głównym problemem przy produkcji żagla nie będzie dobór materiału, ale szereg innych rzeczy. Okazało się, że na Ziemi istnieje już szereg materiałów, w tym warstwy dwusiarczku molibdenu, bezpostaciowego krzemu i szereg innych półprzewodników o podobnych właściwościach.
Film promocyjny:
Jeśli ta warstwa jest dostatecznie cienka, to paradoksalnie zderzenia z atomami helu i wodoru obecnymi w ośrodku międzygwiazdowym nie będą miały prawie żadnego wpływu na żywotność żagla. Większość atomów przejdzie przez nią bez powodowania szkód, a zderzenia z cząstkami pyłu, jak pokazują obliczenia fizyków, uszkodzą nie więcej niż 10% całkowitej powierzchni żagla.
Problem z kolei w tym, że nie ma dziś technologii, które pozwoliłyby na wyhodowanie bardzo jednorodnych i cienkich warstw tych substancji o wymaganej wielkości. Naukowcy będą musieli znaleźć sposób na sklejenie stosunkowo niewielkich fragmentów tych folii o średnicy 10–20 cm, a operacja ta musi być wykonana z niemal atomową precyzją.
Z drugiej strony Atwater i jego koledzy są przekonani, że takie techniki „klejenia” kawałków żagla można szybko opracować, opierając się na technologiach stosowanych obecnie w branży IT do lutowania poszczególnych elementów mikroukładów. Ich stworzenie pozwoli Breakthrough Starshot rozwiązać jeden z głównych problemów i rozpocząć tworzenie systemu laserowego zdolnego do przyspieszenia tego żagla do wymaganej prędkości.