¿Estamos realmente tan cerca de las técnicas de aceleración de sondas a velocidades como un cuarto de ccc?

Como una investigación reciente ha sido iniciada por un equipo alrededor de Stephen Hawking bajo el nombre Breakthrough Starshot , van a acelerar pequeñas sondas hasta 0.2 ~ 0.25 C . Todavía no hay mucha información disponible al respecto, pero dicen que habrá diferentes obstáculos antes de que realmente puedan comenzar a lanzar las sondas. Si bien lo leí como cuestionable, el método de aceleración incluso funcionará como se esperaba, parece que nadie más tiene dudas al respecto.

Incluso los críticos solo ven problemas en desafíos como:

Cómo quieren hacer que las sondas del tamaño de 1 cm 3 viajen durante 30 años a través del espacio, sin chocar con ninguna partícula a dicho 0,25 C u otras cosas de esa región.

Pero nadie (o al menos yo no pude encontrar) decía:

Nunca podrán acelerar las sondas a esa velocidad debido a [$reason]".

Entonces, ¿es realmente tan cierto que tenemos conocimiento disponible sobre cómo acelerar un microcontrolador como la electrónica de ese tamaño a una cuarta parte de la velocidad de la luz?

Las personas en un grupo pueden 'exagerar' el proyecto por muchas razones. Cuando el bombo entra en la habitación, la razón fría y tranquila se va.
¿Está preguntando solo sobre la capacidad de la electrónica y otro hardware para sobrevivir a la aceleración extrema? (Porque creo que esa pregunta podría tener respuesta)
@Andy: Estoy preguntando si el punto débil de ese proyecto realmente es cómo proteger las sondas, y no, como pensé, es cuestionable si incluso podremos acelerar la carga a 0.25 C
@Zaibis En mi humilde opinión, la respuesta de SF no responde a su pregunta mejor que la mía. Usted preguntó si tenemos conocimiento, no si tenemos dinero e influencia política.
@ named2voyage: Tal vez fallé aquí. pero estabas hablando de "propulsión fotónica" donde no pude obtener la conexión con este caso real. Si bien la respuesta ahora aceptada de hecho carece demasiado de recursos, me parece más específico en referencia al caso real. Si esto es incorrecto, y el suyo se refiere a lo mismo, podría valer la pena dejar en claro que no es algo diferente de lo que está hablando.
@Zaibis Photonic propulsion es el término genérico que incluye el tipo de propulsión láser que se usa aquí. Quizás fui demasiado vago, pero el número que cité es una especulación sobre lo que podría proporcionar la propulsión láser.

Respuestas (2)

La idea de la vela solar simplemente funciona, probada y verdadera.

Los láseres muy potentes son una realidad. Los láseres de haz estrecho muy precisos también son una realidad. Reunir a estos dos es absolutamente factible.

Encender eso requiere montones y montones de células solares. Tenemos estos.

Los espejos muy reflectantes (para que la sonda sea acelerada y no destruida por el láser) también son una realidad, y se utilizan ampliamente con láseres de laboratorio.

Estos son los elementos esenciales para realizar la aceleración. Es completamente factible desde el punto de vista tecnológico y científico.

Hay dos razones importantes por las que es posible que nunca lo veamos hecho:

  • dinero

  • política.

En primer lugar, aunque costoso, el desarrollo y la creación de estas sondas no serán escandalosamente costosos. Pero el dispositivo de propulsión láser, si bien es mucho más simple de construir, necesitará mucha energía y simplemente pesará mucho. Poner eso en órbita costará una pequeña fortuna. Menos que la ISS o el LHC, pero todavía mucho.

Y luego, mucha gente puede estar muy descontenta con que alguien ponga un láser extremadamente poderoso de precisión exquisita en la órbita terrestre. Esa cosa PUEDE ser mal utilizada. Y como resultado, la política entra en acción y todo el proyecto puede bloquearse debido a su potencial militar.

Sí, y el hecho de que el láser que necesitan sería lo suficientemente potente como para romper la atmósfera de la Tierra es algo que no mencionan. Así que agregue "Colocar el láser en la luna" a la lista.
@Phiteros: ¿Por qué no solo en la órbita de la Tierra lo suficientemente alto?
Eso probablemente también funcionaría. Estaba pensando que, si vas a tener un láser tan poderoso, tendrá que ser bastante grande y consumirá una cantidad sustancial de energía. No sé si los paneles solares de un satélite podrían proporcionar la cantidad de energía necesaria. Además, el propio láser ejercería una fuerza sobre el satélite, acelerándolo y cambiando su órbita.
@Phiteros: En caso de que el satélite acelere las naves alejándolas del Sol (ubicadas entre ellas y él), la presión de la luz del Sol se equilibrará perfectamente con la aceleración del láser. Peor si es medio año después... aun así, al ser bastante masivo, no debería verse demasiado afectado.
Soy muy escéptico acerca de esta respuesta, que no contiene números ni referencias a fuentes de información. En particular: Los láseres muy potentes son una realidad. Los láseres de haz estrecho muy precisos también son una realidad. Necesito algo de convencimiento importante sobre estos puntos. ¿A qué distancia estamos hablando de acelerar las velas solares? 100 AU? un año luz? ¿Qué pasa con el límite de difracción?
@BenCrowell: Los láseres industriales de corte de acero y el láser de femtosegundo son ejemplos, palabras clave que puede consultar. Reunir los dos es un desafío por resolver: tenemos láseres muy potentes pero no tan precisos, y tenemos láseres débiles y extremadamente precisos, pero ninguno que sea ambos. Pero si las cosas empeoran y no podemos crearlas, bastará con una enorme batería de láseres débiles y precisos. La aceleración será superior a ~40AU (la órbita de Plutón) y el objetivo será una "vela" mucho más grande que la sonda central.
Los láseres de femtosegundo son realmente increíblemente poderosos, pero producen pulsos fantásticamente cortos. El impulso transferido si haces rebotar la energía de la luz mi algo perfectamente reflexivo es 2 mi / C , por lo que no hay beneficio para alta potencia, pulso corto. Lo que importa es la potencia de onda continua efectiva y promedio.
@WetSavannaAnimalakaRodVance: cité los láseres de femtosegundos por su precisión, no por su potencia. Por pura potencia tenemos los láseres de corte comercial y militar. Los láseres de corte tienen una precisión pésima: unos pocos mm y el haz está demasiado disperso. Los militares pueden mantener el haz lo suficientemente estrecho a muchos kilómetros de distancia, pero eso todavía es varios órdenes de magnitud por debajo de los 40 UA. Tenemos láseres de comunicación que pueden hacer esto, pero no son lo suficientemente poderosos. Combinar la potencia y la precisión del haz es un reto tecnológico que aún queda por resolver.
¡Entiendo! ¡Perdone mi falta de comprensión!

Dado que el medio interestelar (ISM) tiene una densidad de alrededor de 1 átomo por centímetro cúbico y dado que la propulsión láser podría, en teoría, acelerar una nave espacial al 30% de la velocidad de la luz en diez minutos, voy a decir esto uno es plausible. Están hablando de usar varias sondas, por lo que incluso si algunas fueran destruidas por partículas, algunas deberían permanecer.

Para ser claros, estamos hablando de tecnología que estará disponible en las próximas dos décadas. No están hablando de lanzar hoy. Aquí hay una lista de los desafíos que el equipo ha identificado que tienen que superar. Por ejemplo, uno es, de hecho, que se necesita protección para la nave espacial contra colisiones.

No quiero subestimar el desafío de la protección contra colisiones. Un comentarista (David Theil) en la página de Breakthrough Initiatives dice:

En una densidad media interestelar típica de 1 átomo por cm cúbico, estos pueden ignorarse a partir de una consideración de momento. Las partículas de polvo del orden de 10^-14 g de masa tienen una densidad de aproximadamente 10^-12 por cm cúbico en la burbuja local. Una nave espacial del tamaño de un centímetro podría esperar encontrarse con algunos millones de estas bestias en el camino a Alpha Cen (aproximadamente 1 parsec.) A una velocidad de 6x10^9 cm/s (0.2c) cada una depositará alrededor de 10^5 ergios en nuestra pequeña nave espacial... no lo suficiente como para elevar la temperatura tanto si se promedia sobre la masa total de 1 gramo (supuesta capacidad calorífica del silicio), PERO presumiblemente lo suficiente como para pulverizar una capa protectora. Me gustaría hacer algunos experimentos de laboratorio para ver cómo responden los diferentes recubrimientos a tales colisiones. Incluso el LHC no puede producir partículas de 10^16 eV. Esto va a ser algo difícil de probar y tendrá que depender del modelado.

Solo por curiosidad personal, ¿podría incluir una cita o un enlace con más información sobre la propulsión fotónica?
@Timpanus incluido, pero hay una gran cantidad de información disponible.
La lista también está vinculada desde mi enlace a ese índice de páginas. Pero buena respuesta de todos modos. No sabía que somos capaces de hacer esto. pero ¿golpear un átomo ya sería un hilo? Para no alejarme demasiado del alcance de OP, ¿puede darme una pista de qué buscar para leer qué sería exactamente un peligro para la sonda? Como si un átomo ya lo fuera, el promedio de 1 átomo por centímetro cúbico es bastante denso para una sonda de 1 centímetro cúbico, ¿no es así?
@Zaibis Sé que la lista ya estaba vinculada desde su página, pero solo quería asegurarme de que nadie se la perdiera. De acuerdo con este sitio , la colisión de átomos no debería ser un gran problema a estas velocidades, y la burbuja local tiene una densidad aún más baja (100 veces menor) que el promedio para el ISM. Por supuesto, siempre existe la remota posibilidad de que puedas golpear algo más grande que un átomo.
@Zaibis La parte "espacio interestelar [podría ser] bastante sucia" del sitio que acabo de vincular es principalmente una preocupación para naves espaciales más grandes. Es poco probable que algo tan pequeño como estas sondas atraviese algo parecido a un trozo de hielo de un cometa.
@Zaibis Debe tener en cuenta, sin embargo, que la protección contra colisiones es uno de los desafíos identificados que debe abordarse.
A 0,20 a 0,25 veces c, el hidrógeno interestelar es efectivamente un haz de partículas de 20 MeV/A. Necesita 200 mg/cm^2 de material para detenerlo, y ese material está sujeto a daños y chisporroteos. A 1 protón por cm ^ 3, un año luz tiene 10 ^ 20 protones/cm ^ 3 o alrededor de 100 microgramos, o alrededor de 1 parte por mil de la masa del "escudo de radiación" utilizado para detener los protones. Es un problema de materiales muy interesante. Usted hace daño y recocido al mismo tiempo, y el H y el He se difundirán por sí mismos. Cuanto más lo miro, el proyecto B t S s realmente es un desafío de ingeniería interesante.
@uhoh De hecho, espero con ansias el proceso de prueba.
No somos capaces de hacer esto. "Ser capaz de hacer esto" significa nivel de preparación tecnológica 4.
@DavidHammen Ni la pregunta ni yo dijimos que podemos hacer esto. La pregunta era si estamos cerca, y dije que es plausible.
@DavidHammen Si espero hasta alcanzar el nivel de preparación 4 antes de comenzar mi día... yo... umm... algo sobre seguir en la cama tomando café, pero lo perdí. Bien, más café... ¡OH! Para las pruebas usarán algo como esto que encontré en http://bancroft.berkeley.edu/Exhibits/physics/bigscience02.html
¿Estamos realmente tan cerca de las técnicas de aceleración de sondas a velocidades como un cuarto de ccc?
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