¿Cómo se supone que la diminuta nave espacial propuesta por Project Starshot se comunica con la Tierra?

Entre las limitaciones de potencia y la difracción de apertura limitada, simplemente no puedo ver cómo es posible.

Además de la matriz de láser de gigavatios, creo que este es uno de los problemas que esperan resolver en las próximas décadas.
Un "camino posible" que sé que no tomarán es una cadena de relevos. Lanzar nuevas naves cada año más o menos, formando una cadena para transmitir la señal de radio a la Tierra. Por supuesto, los problemas de confiabilidad son significativos.
Me he estado preguntando esto durante años.
@SF. ¿No se supone que funcionan con energía solar?
advanceinitiatives.org/Challenges/3 parece que se están preguntando lo mismo. Esta es una de esas cosas de "inicio elegante", donde alguien rico y famoso propone algo ridículo (llegar a Marte) y luego gana un montón de dinero mientras hace otra cosa (fabricar autos eléctricos)
@Schlusstein: el método actual lo asume y, al mismo tiempo, no ofrece capacidad de radio. Definitivamente necesitarían ser propulsados ​​​​por energía solar, pero podrían llevar su propia energía para trabajar en el espacio interestelar para proporcionar energía para que funcione el relé.
Personalmente, creo que podría funcionar como una batería química. Hay procesos químicos que pueden cronometrarse con bastante precisión y, por ejemplo, conducir a la ruptura de una membrana que separa dos sustancias inertes dentro de 40 años; al mezclarse comienzan a actuar como una batería química, proporcionando electricidad.
Como observa, la difracción de apertura limitada lo hace imposible. Para inspeccionar los sistemas estelares cercanos, es mucho mejor gastar los recursos en un gran interferómetro óptico basado en el espacio.
La cadena de repetidores debe ser muy densa, porque cada nave espacial de la cadena tiene solo un plato de antena muy pequeño y una potencia muy limitada para el transmisor. El efecto de una gran antena parabólica DSN junto con su muy potente transmisor sobre la distancia máxima de transmisión es inmenso. Si se debe tolerar la falla de una nave espacial de la cadena, la distancia de nave a nave debe reducirse a la mitad. Podría tolerarse la falla de más de una nave espacial si no hay falla de dos naves adyacentes.
@Uwe Dado que funcionan con energía solar, no esperaría que pudieran generar suficiente energía para comunicarse en el espacio interestelar. Supongo que los RTG podrían hacerse lo suficientemente pequeños en principio para caber a bordo, pero no estoy convencido de que puedan protegerse lo suficientemente bien como para no matar la electrónica debido a las limitaciones de masa extremas.
Si el plato de la antena es mucho más pequeño de lo habitual debido a limitaciones de masa, la distancia máxima para la cadena de relevos es aún menor. Los RTG deben ubicarse afuera para un mejor enfriamiento radiativo del RTG.
¿Y cuál sería la masa de tal RTG?
@Schlusstein: los RTG pueden tener un par de gramos, las baterías de los marcapasos cardíacos tienen un par de gramos y podrían reducirse aún más, a ~ 1-2 gramos. Agregue otro gramo de un supercondensador y puede obtener una ráfaga de ~ 50 W durante 10-20 segundos. Seguido de un par de días de recarga...
Esa misma matriz de láser GW que los lanzó debería poder proporcionarles suficiente iluminación para alimentar las células solares a una distancia considerable. Siempre supuse que después del impulso inicial tendrían una fase de orientación secundaria en la que se formarían en una estructura monolítica que permitía una gran matriz de RF en fase. Pensando fuera de la caja, ¿por qué no darles una polarización de superficie sintonizable? Podrían mostrarnos datos de bajo ancho de banda cambiando la polaridad de la luz láser reflejada. Estoy lleno de especulaciones hoy.
Pregunta duplicada: ¿Cómo podríamos recibir noticias de Breakthrough Starshot? . Tiene una gran respuesta, complementa la de aquí.
¿Puede explicar cómo las limitaciones de potencia o la difracción de apertura limitada pueden ser problemas, o deberíamos simplemente adivinar lo que quiso decir?

Respuestas (4)

En el video del orador principal (y ex director de NASA ARC) Pete Worden (también aquí ) la charla Breakthrough Discuss 2016: Breakthrough Starshot desafía los desafíos de usar la vela de fotones desplegada (para la aceleración inicial basada en láser) como reflector "plato" para una transmisión óptica de regreso a la Tierra se discute un poco. El orador consideró que este podría ser uno de los desafíos tecnológicos más difíciles en el corto plazo, posiblemente sin una solución actual o en un futuro cercano.

Conseguir que una diminuta nave espacial consiga de alguna manera que la membrana delgada de 300 angstrom forme una superficie óptica precisa para colimar una transmisión óptica parece bastante difícil.

Usemos una ráfaga de 100W y un reflector de 10 metros y una distancia de 5 años luz (5E+16 metros).

Los fotones de 800 nm de un láser de estado sólido III-V simple tienen una energía de aproximadamente 2,5E-19 julios cada uno, por lo que son 4E+20 fotones por segundo. Un disco Airy de ancho medio de 1,22 λ /d de 8E-08 radianes significa que la huella en la Tierra tiene un radio de 8E-08 x 5E+16 = 4E+09 metros. El radio de apertura del Extremely Large Telescope es de unos 20 metros, por lo que la relación de las áreas es 2,5E-17.

Ya que estamos transmitiendo 4E+20 fotones por segundo, ¡eso es alrededor de 10,000 fotones por segundo en el receptor!

Su kilometraje puede variar, pero en términos de energía, es cuantitativamente realista.

Sin embargo, desde el punto de vista de la ingeniería, habría que retroceder desde este punto de partida. Formando una parábola de 10 metros con λ /4 de una película de 300 angstrom usando automáticamente un satélite del tamaño de un chip es todo un desafío; probablemente nadie sepa realmente cómo podría hacerse en este momento.

Señalar también es importante; Actualmente se desconoce qué tipo de cámaras estelares podrían incluirse dentro de un pequeño chip que proporcionaría una precisión de puntería de 0,02 segundos de arco.

Entonces, el verdadero desafío será construir algo remotamente parecido a esto. Para transmitir datos significativos, se tendrían que recolectar millones de fotones. Probablemente, los colectores de fotones dedicados y de baja tecnología en la microgravedad del espacio serían mejores que los costosos telescopios terrestres.

El Taller Breakthrough Discuss inaugural de 2016 se llevó a cabo del 15 al 16 de abril de 2016 en la Universidad de Stanford y fue patrocinado por Breakthrough Initiatives y el Departamento de Física de Stanford. Breakthrough Discuss es un foro para que los científicos presenten y discutan ideas de vanguardia en la exploración espacial. El taller de 2016 se centró en las siguientes tres áreas:

  1. SETI óptico y la detectabilidad de los sistemas de energía dirigida: presidido por Jill Tarter

  2. Programas de detección de exoplanetas centrados en Alpha Centauri, presididos por Olivier Guyon

  3. El Sol como Lente Gravitacional – Moderado por Avi Loeb

Las limitaciones de energía son complicadas, en particular, elegir una fuente de energía cuya masa no sea mucho mayor que la de la nave espacial. Las pilas no recargables tienen una vida útil demasiado corta. Los motores de combustión interna tan pequeños han sido probados y abandonados. Un supercap RTG+ a escala de miligramos, quizás con una batería Diamond , es la única forma que conozco de sostener 40 Kbps al espejo reflector terrestre de 30 m.

Los detalles y referencias están aquí: https://space.stackexchange.com/a/17072/1235

Necesariamente tienes un láser muy grande en la Tierra que puede apuntar a las sondas (ya que así es como las lanzaste). Seguramente eso puede potenciarlos.

Creo que el problema de la comunicación podría hacerse sin necesidad de una fuente de energía interestelar. ¿Qué pasa si los telescopios superpotentes de la tierra se utilizan para recuperar la señal de la nave, y las señales de las naves son cómo refleja los rayos entrantes de un emisor de alta potencia en la tierra? O Dado que son micronaves, tienen una maniobra específica o un patrón de paquete como señal.

O necesitaríamos lanzar oleadas de naves espaciales para formar una red de señales de retransmisión, o tendríamos que recuperar naves espaciales manualmente en algún momento en el futuro. La energía podría resolverse fácilmente usando el mismo principio de 'barcos antorcha' (es decir, descomponiendo los materiales del barco en energía). Sin embargo, cualquier comunicación sería casi imposible.

Sería bueno explicar por qué "cualquier comunicación sería casi imposible". ¿Cuál es la base de la imposibilidad? Si es solo que no puede pensar en una forma de hacerlo en este momento, probablemente no sea lo suficientemente bueno como para respaldar esto como una respuesta de intercambio de pila. Si hay algunos desafíos técnicos abrumadores o se rompen las leyes de la física, debe indicarlos explícitamente. De lo contrario, esto parece una opinión personal en lugar de una respuesta adecuada.
Eso no es lo que significa "antorcha".
Las naves espaciales como relés casi nunca funcionan. Los platos más grandes y los mejores amplificadores que puede tener en la Tierra casi siempre superan las ventajas de cualquier número razonable de relés.
¿Cómo se supone que la diminuta nave espacial propuesta por Project Starshot se comunica con la Tierra?
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