W kwietniu tego roku grupa biznesmenów i naukowców, w tym Stephen Hawking, ogłosiła ambitny projekt eksploracji przestrzeni międzygwiezdnej przy użyciu kompaktowego nanosatelity wielkości znaczka pocztowego, napędzanego napędem laserowym. Cel: dostać się do najbliższego sąsiada Układu Słonecznego - Alpha Centauri.
Jeśli uda się przyspieszyć ten malutki statek kosmiczny do prawie planowanej 1/5 prędkości światła, to statek będzie w stanie dotrzeć do celu za zaledwie 20 lat. Ale czy elektronika tak malutkiego i kruchego urządzenia może działać przez 20 lat w trudnej przestrzeni?
Według naukowców z NASA i Koreańskiego Instytutu Nauki i Technologii największym problemem, z jakim będzie musiał się zmierzyć projekt Hawkinga Breakthrough Starshot, jest promieniowanie kosmiczne.
Podobnie jak w przypadku astronautów, statek kosmiczny będzie musiał co sekundę doświadczać kolosalnego uderzenia silnie naładowanych cząstek, co może spowodować poważne uszkodzenie warstwy dwutlenku krzemu, która pokryje statek kosmiczny. W tej sytuacji wszystkie wewnętrzne komponenty urządzenia ulegną awarii na długo przed końcem 20-letniej podróży kosmicznej.
Jak rozwiązujesz ten problem? Jedną z opcji, zdaniem naukowców z NASA, może być wytyczenie trasy wokół najbardziej niebezpiecznych obszarów, w których stężenie promieniowania tła jest znacznie wyższe niż zwykle. Jednak w tym przypadku czas trwania misji może się wielokrotnie wydłużyć. Ponadto nawet minimalne narażenie na promieniowanie może z czasem spowodować poważne uszkodzenie statku kosmicznego.
Inną, bardziej praktyczną opcją może być osłanianie sondy i jej elektroniki w nadziei na zmniejszenie skutków szkodliwego kosmicznego promieniowania tła. Jednak ponownie, dodanie dodatkowego ciężaru do statku kosmicznego spowolni prędkość misji, ponieważ większy statek kosmiczny nie będzie w stanie przyspieszyć do pożądanych prędkości.
Istnieje jednak trzeci sposób, który mógłby zadziałać, gdybyśmy zbudowali nanostatek zdolny do samoleczenia z promieniowania kosmicznego w drodze do Alfa Centauri.
„W rzeczywistości technologia samonaprawiających się chipów istnieje od lat” - mówi Jin-Woo Han, badacz NASA.
Film promocyjny:
Eksperymentalne tranzystory GAA FET (gate-all-around) opracowane przez międzynarodowy zespół naukowców mogą rozwiązać problem. Ich osobliwość polega na tym, że chipy oparte na tych tranzystorach mogą się regenerować pod wpływem ciepła. Z kolei ciepło można wytwarzać za pomocą prądu elektrycznego. Głównym zamysłem jest to, że taki chip wewnątrz statku kosmicznego będzie wyłączał się podczas długiej podróży kosmicznej co kilka lat. W chwilach takich „ponownych uruchomień” efekt ciepła przywróci go po skutkach promieniowania. Po odzyskaniu chip włączy się ponownie i będzie nadal wykonywał swoje zadanie.
W testach laboratoryjnych tych tranzystorów naukowcy upewnili się, że oparta na nich pamięć flash po podgrzaniu może zostać przywrócona do 10 000 razy, a pamięć DRAM do 1012 razy. Oczywiście z punktu widzenia perspektyw wykorzystania w statkach kosmicznych w tej chwili tranzystory te są nadal hipotetycznym rozwiązaniem. Jak wspomniano powyżej, tranzystory są eksperymentalne. Potrzebne jest świeże i zewnętrzne spojrzenie na ich skuteczność. Jednak zespół, który je stworzył, uważa, że ich użycie w misjach kosmicznych, takich jak Breakthrough Starshot, jest rzeczywiście możliwe.
Oczywiście rozwiązanie problemu funkcjonowania elektroniki w trudnych warunkach to tylko część większej układanki. Jeśli malutki statek kosmiczny dotrze na spotkanie z Alpha Centauri, będzie musiał walczyć nie tylko z promieniowaniem. Zderzenia z kosmicznym gazem i pyłem będą równie niebezpieczne podczas tej podróży.
Na początku tego roku zespół badawczy Breakthrough Starshot rozpoczął serię eksperymentów opartych na ryzyku i odkrył, że zderzenie tak małego statku z nawet cząsteczkami kosmicznego pyłu byłoby katastrofalne. Oznacza to, że konieczny jest powrót do kwestii ekranowania ochronnego urządzenia.
Zanim projekt stanie się rzeczywistością, będzie wymagał ogromnej ilości pracy. I to nie tylko inżynierskie, ale także naukowe. Ostatecznie jednak wszystkie wysiłki mogą nie pójść na marne. Sam pomysł, a raczej nie pomysł, a bardzo realne pragnienie - dotrzeć do gwiazdy poza Układem Słonecznym za 20 lat - powinno nie tylko zadziwiać, ale i niesamowicie motywować. Na szczęście współczesna nauka ma pod dostatkiem zarówno pierwszego, jak i drugiego.
NIKOLAY KHIZHNYAK