Starwisp
Starwisp är en hypotetisk obemannad interstellär sonddesign som föreslagits av den sene Robert L. Forward . Det drivs av ett mikrovågssegel , liknande ett solsegel i konceptet, men drivs av mikrovågor från en mänsklig källa. Den skulle flyga genom målsystemet utan att sakta ner.
Beskrivning
"Starwisp" är ett koncept för en interstellär sond med ultralåg massa som trycks av en mikrovågsstråle. Det föreslogs av vetenskapsmannen och författaren Robert L. Forward 1985, och ytterligare arbete publicerades av Geoffrey A. Landis 2000. Den föreslagna enheten använder stråldriven framdrivning i form av en högeffekts mikrovågsantenn som driver ett segel. Själva sonden skulle bestå av ett nät av extremt fina koltrådar med en diameter på cirka 100 m, med ledningarna åtskilda på samma avstånd som 3 mm våglängd på mikrovågorna som kommer att användas för att trycka den.
Forward föreslog att ledningarna skulle inkludera datorkretsar i nanoskala , sensorer, mikrovågskraftinsamlingssystem och mikrovågsradiosändare tillverkade på trådytorna, vilket ger sondens datainsamlings- och överföringskapacitet. Eftersom den är fördelad över hela seglet behövs ingen "riggning", vilket skulle vara fallet om uppdragselektroniken placerades i en separat sond som drogs av seglet.
Det ursprungliga Starwisp-konceptet antog att mikrovågorna skulle reflekteras effektivt, med trådnätytan som fungerar som en supraledare och nästan perfekt effektiv spegel. Detta antagande är inte giltigt. Landis visade att ett nät kommer att absorbera en betydande del av den ström som infaller på det och därför inte kan hålla sig tillräckligt kallt för att vara supraledande . Designen är termiskt begränsad, därav användandet av kol som material i Landis koncept. Med detta sagt har MgB2 ansetts vara en potentiell lösning eftersom den skulle supraledning om strålen pulserades vilket tillåter nedkylning mellan tryckskurar. Låg massa var nyckelfunktionen hos Starwisp-sonden. I Landis beräkningar har nätet en densitet på endast 100 kg/km 2 , för en total massa på 1 kg, plus en nyttolast på 80 gram.
Även om diffraktionsgränsen kraftigt begränsar sändningsantennens räckvidd, är sonden designad att ha en acceleration på 24 m/s 2 , så att den kan nå en betydande del av ljusets hastighet inom ett mycket kort avstånd, innan den slocknar av räckvidd. Antennen använder en mikrovågslins på 560 km i diameter, skulle överföra 56 GW effekt och skulle accelerera sonden till 10 % av ljusets hastighet.
Sonden skulle kryssa utan ström i årtionden tills den slutligen närmade sig målstjärnan, vid vilken tidpunkt antennen som lanserade den igen skulle rikta sin stråle mot Starwisp. Detta skulle göras när Starwisp var ungefär 80 % av vägen till sin destination, så att strålen och Starwisp skulle anlända dit samtidigt. På så extremt lång räckvidd skulle antennen inte kunna ge någon framdrivning, men Starwisp skulle kunna använda sitt vajersegel för att samla in och omvandla en del av mikrovågsenergin till elektricitet för att driva sina sensorer och överföra data som den samlar in hem. Starwisp skulle inte sakta ner på målstjärnan, utan utför ett flygförbi-uppdrag i hög hastighet istället.
Eftersom antennen bara behövs under några dagar vid Starwisps uppskjutning och igen för ytterligare några dagar flera decennier senare för att driva den medan den passerar sitt mål, kan Starwisp-sonder massproduceras och lanseras av masern med några dagars mellanrum. På detta sätt kunde en kontinuerlig ström av data samlas in om avlägsna solsystem även om en given Starwisp-sond bara tillbringar några dagar på att resa genom den. Alternativt kan uppskjutningssändaren användas under tiden för att överföra kraft till jorden för kommersiellt bruk, som med en solenergisatellit .
Möjliga tillverkningsmetoder
Att konstruera en så känslig sond skulle vara en betydande utmaning. En föreslagen metod skulle vara att "måla" sonden och dess kretsar på ett enormt plastark som bryts ned när det utsätts för ultraviolett ljus, och sedan vänta på att arket ska avdunsta under attacken av solenergi UV efter att det har utplacerats i rymden .
En annan föreslagen metod noterade att Starwisp-probtrådarna var av samma fysiska skala som ledningar och kretselement på moderna datormikrochips och kunde produceras med samma fotolitografiska tillverkningstekniker som datorchips. Sonden skulle behöva byggas i sektioner lika stora som kiselskivor för nuvarande chiptillverkning och sedan kopplas samman.
Tekniska problem
Ett stort problem som denna design skulle ställas inför skulle vara strålningen på vägen. När man färdas med 20 % av ljusets hastighet skulle vanligt interstellärt väte bli en betydande strålningsrisk, och Starwisp skulle vara utan avskärmning och sannolikt utan aktiv självreparationsförmåga. Ett annat problem skulle vara att hålla accelerationen av Starwisp tillräckligt enhetlig över dess segelområde så att dess ömtåliga vajrar inte skulle slitas sönder eller vridas ur form. Att förvränga formen på Starwisp ens något kan resultera i en flyktkatastrof, eftersom en del av Starwisp skulle reflektera mikrovågor i en annan riktning än den andra delen och pressas ännu längre ur form. En sådan delikat och finbalanserad kontroll kan visa sig omöjlig att förverkliga.
Möjligheten att använda ett dammigt plasmasegel [ citat behövs ] där ett dammigt ämne som upprätthålls som ett plasma i rymden är ansvarigt för reflektionen av elektromagnetisk strålning skulle kunna kringgå problem associerade med strålningsskador på mediet som ansvarar för överföringen av strålningstryck (det dammiga plasmaseglet kanske inte är lika lätt att skada som en tunn film eller liknande). Dammiga plasmasegel kan också anpassa sin tredimensionella struktur i realtid för att säkerställa reflektion vinkelrätt mot infallande ljus/mikrovågsstråle.
I fiktion
- I en science fiction- historia föreslog Forward att strålen från en solenergisatellit kunde användas för att trycka på en Starwisp-sond medan solenergisatelliten testades efter konstruktionen.
Se även
- Genombrott Starshot , ett finansierat förslag för laserdrivna rymdfarkoster av Starwisp-typ