سفر به ستارگان دور دست برای دههها رؤیایی دستنیافتنی به نظر میرسید؛ اما پروژهای به نام استارشات بریکثرو (Breakthrough Starshot) در سال ۲۰۱۶ این رؤیا را به یک نقشه راه مهندسی تبدیل کرد. ایده مرکزی ساده اما بینظیر بود: ارسال هزاران کاوشگر فوقسبک مجهز به بادبان نوری به سامانه ستارهای آلفا قنطورس، نزدیکترین همسایه ستارهای زمین، با سرعتی معادل ۲۰ درصد سرعت نور.
خاستگاه و بنیانگذاران پروژه
استارشات بریکثرو زیرمجموعه برنامه «ابتکارهای بریکثرو» (Breakthrough Initiatives) بود و هدف آن توسعه ناوگانی آزمایشی از کاوشگرهای میانستارهای با بادبان نوری به نام استارچیپ (StarChip) بود. این کاوشگرها قرار بود فاصله ۴٫۳۴ سال نوری تا آلفا قنطورس را طی کنند.
این پروژه در ۱۲ آوریل ۲۰۱۶ طی مراسمی در نیویورک اعلام شد. یوری میلنر، فیزیکدان و سرمایهگذار خطرپذیر، بنیانگذار اصلی طرح بود و چهرههایی مانند استیون هاوکینگ، کیهانشناس برجسته، و مارک زاکربرگ، مدیرعامل فیسبوک (اکنون متا پلتفرمز)، به عنوان اعضای هیئتمدیره در آن مشارکت داشتند. پروژه با تعهد مالی اولیه ۱۰۰ میلیون دلار آغاز شد، اما میلنر هزینه نهایی مأموریت را ۵ تا ۱۰ میلیارد دلار برآورد کرد و پیشبینی کرد نخستین فضاپیما حدود سال ۲۰۳۶ پرتاب شود. پیت ووردن مدیر اجرایی پروژه بود و آوی لوب، استاد دانشگاه هاروارد، ریاست هیئت مشورتی را بر عهده داشت.
علم پشت این چشمانداز جسورانه
اصول مفهومی این پروژه در مقالهای با عنوان «نقشه راهی برای پرواز میانستارهای» نوشته فیلیپ لوبین از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، تشریح شده بود. ایده اصلی جایگزینی پیشرانش متعارف موشکی با انرژی پرتوپایه (beamed energy) بود: آرایهای چندکیلومتری از لیزرهای دارای کنترل فازی و قابلیت هدایت پرتو، با توان خروجی همدوسِ ترکیبی تا ۱۰۰ گیگاوات، نانوکاوشگرهای فوقسبک را به سرعتهایی خارقالعاده میرساند.
منطق این طرح روشن بود. با فناوری کنونی پیشرانش موشکی، رسیدن به آلفا قنطورس دهها یا صدها هزار سال طول میکشید. در مقابل، یک پرتابگر نوریِ مستقر روی زمین میتوانست فضاپیماهایی در مقیاس گرم را به سرعتی معادل ۱۵ تا ۲۰ درصد سرعت نور برساند؛ یعنی حداکثر تقریباً ۱۰۰ میلیون مایل بر ساعت، یا حدود ۶۰ هزار کیلومتر بر ثانیه. با چنین سرعتی، یک مأموریت گذر نزدیک میتوانست تنها اندکی بیش از ۲۰ سال پس از پرتاب به سامانه آلفا قنطورس برسد و حدود ۴ سال دیگر نیز برای رسیدن پیام بازگشت از فضاپیما به زمین لازم بود.
مأموریت چگونه انجام میشد؟
فضاپیمای مادر و دسته کاوشگرها
در طرح استارشات، قرار بود یک «فضاپیمای مادر» حدود هزار فضاپیمای کوچک را ــ هرکدام در ابعاد چند سانتیمتر و با وزنی تنها چند گرم ــ به مداری بلند پیرامون زمین منتقل و رها کند. سپس آرایهای از لیزرهای زمینیِ دارای کنترل فازی، پرتو نور را روی بادبانهای این فضاپیماها متمرکز میکرد و آنها را یکییکی طی حدود ۱۰ دقیقه به سرعت هدف میرساند. شتاب ایجادشده حیرتانگیز بود: در حدود ۱۰۰ کیلومتر بر مجذور ثانیه، معادل تقریباً ۱۰ هزار جی، و انرژی تابشیای در حدود یک تراژول که به هر بادبان منتقل میشد.
این ناوگان از حدود هزار وسیله استارچیپ تشکیل میشد که بهوسیله آرایهای به مساحت یک کیلومتر مربع، متشکل از لیزرهای زمینی ۱۰ کیلوواتی با توان خروجی ترکیبی تا ۱۰۰ گیگاوات، به حرکت درمیآمدند. معماری دستهای این ناوگان کاربردی عملی داشت: تعداد زیاد واحدها میتوانست تلفات ناشی از برخورد با غبار میانستارهای در مسیر رسیدن به هدف را جبران کند.
طراحی بادبان نوری
یک مدل مقدماتی بادبان، سطحی به ابعاد ۴ در ۴ متر را پیشنهاد میکرد. در ارائهای درباره مدل سامانه استارشات در اکتبر ۲۰۱۷، بادبانهای دایرهای بررسی شدند و مشخص شد که کمینهکردن هزینه سرمایهایِ هدایتگر پرتو، با قطر بادبان ۵ متر امکانپذیر است. پژوهشهای مرتبط با این تلاش، از جمله پروژه بادبان نوری در مؤسسه فناوری کالیفرنیا، بررسی کردند که چگونه میتوان از مواد فوقالعاده سبک و بازتابنده برای ساخت بادبانهایی استفاده کرد که در برابر فشار شدید پرتو لیزر و دمای بالا مقاومت کنند.
چالشها و موانع پیشرو
پروژه استارشات با چالشهای فنی بیسابیدهای روبهرو بود. ساخت آرایه لیزری ۱۰۰ گیگاواتی به تنهایی نیازمند پیشرفتهای چشمگیر در فناوری لیزر و ذخیرهسازی انرژی بود. همچنین، بادبانهای نوری باید از موادی ساخته میشدند که هم فوقالعاده سبک باشند و هم در برابر تابش شدید لیزر و برخورد ذرات میانستارهای مقاومت کنند. پایداری نانوکاوشگرها در طول سفر ۲۰ ساله، ارتباط با زمین از فاصله ۴ سال نوری و طراحی آشکارسازهای کوچک اما قدرتمند، از دیگر موانع مهندسی این طرح بودند.
وضعیت کنونی پروژه
هرچند استارشات بریکثرو در زمان اعلام با هیاهوی فراوان و امیدهای زیادی روبهرو شد، اما این طرح اکنون برای مدتی نامحدود متوقف شده است. با این حال، چشمانداز مهندسی ترسیمشده در آن همچنان یکی از دقیقترین نقشههای راهی است که تاکنون برای رسیدن به ستارهای دیگر تدوین شده است. مفاهیم و فناوریهایی که این پروژه برای پرتابکردن توسعه داد، ممکن است روزی در مأموریتهای کوچکتر و عملیترِ کاوش فضایی به کار گرفته شوند و گامی باشند به سوی تبدیل شدن رؤیای سفر میانستارهای از صفحه محاسبات به واقعیت.
