Il sogno di viaggiare verso un altro sistema stellare e forse persino di trovare mondi popolati lì, è uno che ha preoccupato l'umanità per molte generazioni. Ma non è stato fino all'era dell'esplorazione dello spazio che gli scienziati sono stati in grado di studiare vari metodi per fare un viaggio interstellare. Mentre molti progetti teorici sono stati proposti nel corso degli anni, ultimamente molta attenzione è stata focalizzata sulle sonde interstellari a propulsione laser.
Il primo studio di progettazione concettuale, noto come Project Dragonfly, è stato ospitato dall'Iniziativa per gli studi interstellari (i4iS) nel 2013. Il concetto prevedeva l'uso di laser per accelerare una vela leggera e un veicolo spaziale al 5% della velocità della luce, raggiungendo così Alpha Centauri tra circa un secolo. In un recente articolo, uno dei team che hanno preso parte al concorso di design ha valutato la fattibilità della loro proposta per una vela e una vela magnetica.
L'articolo, intitolato "Project Dragonfly: Sail to the stars", è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Astra Astronautica. Lo studio è stato condotto da Tobias Häfner, laureato all'Università Paul Sabatier (UPS) di Tolosa e attuale ingegnere di sistema presso Open Cosmos Ltd. A cui si sono uniti membri di Oxford Space Systems, Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), e AKKA Technologies.
Quando si tratta di concetti di missione interstellare, uno dei più grandi ostacoli è sempre stato il tempo di viaggio. Come abbiamo mostrato in un precedente articolo, occorrerebbero da 1.000 a 81.000 anni usando la tecnologia attuale per arrivare ad Alpha Centauri. Sebbene esistano diversi metodi teorici che potrebbero offrire tempi di percorrenza più brevi, essi comportano una fisica che deve ancora essere provata o sarebbe proibitiva in termini di costi.
Da qui il fascino di una vela leggera, che sfrutta i recenti sviluppi della miniaturizzazione per creare un veicolo spaziale più piccolo e meno costoso. Un altro vantaggio, almeno teoricamente, è che un tale veicolo spaziale potrebbe essere accelerato ad una frazione della velocità della luce e sarebbe quindi in grado di coprire la vasta distanza tra il nostro Sistema Solare e la stella più vicina in pochi decenni o in un solo secolo .
Come notato, l'i4iS - un'organizzazione di volontariato che si dedica a trasformare i viaggi nello spazio interstellare in realtà nel prossimo futuro - ha lanciato il primo studio di progettazione concettuale per le razze luminose nel 2013. Questo è stato seguito nel 2014 con un concorso per progettare un veicolo spaziale che avrebbe essere in grado di raggiungere Alpha Centauri entro 100 anni utilizzando tecnologie esistenti o a breve termine.
I quattro finalisti hanno presentato i loro progetti in un seminario tenuto presso la British Interplanetary Society nel luglio 2015. Ha vinto il concetto presentato dal team della Technical University of Munich, che ha quindi lanciato una campagna Kickstarter per raccogliere fondi per il loro design. Il progetto presentato dal team dell'Università della California, San Diego, si è successivamente evoluto nel design di Breakthrough Starshot di Breakthrough Initiatives.
L'autore principale Hafner e i suoi colleghi facevano parte del team CranSEDS, composto da ingegneri e scienziati dell'Università di Cranfield nel Regno Unito, dall'Istituto Skolkovo di scienza e tecnologia (Skoltech) in Russia e UPS in Francia. In quest'ultimo studio, lui e alcuni dei suoi ex membri del team hanno presentato il loro concetto di missione come parte di uno studio di fattibilità.
Per il bene di questo studio, hanno preso in considerazione ogni aspetto dell'architettura della missione di una vela. Questo variava dalle dimensioni della vela, dai materiali utilizzati per costruirla, dalle dimensioni dell'apertura del laser, dal posizionamento del laser, dal peso del veicolo spaziale e dal metodo utilizzato dal veicolo spaziale per rallentare una volta che si avvicinava alla sua destinazione.
Alla fine, l'architettura della missione che hanno ideato prevedeva l'uso di 100 GW di potenza laser per accelerare un veicolo spaziale da 2750 kg (~ 6000 libbre) al 5% della velocità della luce, con un tempo di viaggio di circa un secolo Alpha Centauri. La vela sarebbe composta da un monostrato di grafene che misura 29,4 km di diametro (18,26 mi), richiedendo quindi un laser con un'apertura di 29,4 km (18,26 mi) di diametro.
Questo laser sarebbe posizionato in prossimità del Sole (o nel punto Lagrange Terra-Sole L1 o in orbita Cislunar) e sarebbe alimentato da enormi pannelli solari. Per rallentare, l'astronave avrebbe gettato via la vela leggera e dispiegato una vela magnetica costituita da fili di metallo. Questa vela formerebbe una struttura ad anello di circa 35 km (22 mi) di diametro e un peso di 1000 kg (2200 libbre).
Una volta schierata, la vela magnetica avrebbe intercettato il plasma dal mezzo interstellare e il vento solare da Alpha Centauri per rallentare ed entrare nel sistema. Questa architettura, concludono, raggiungerebbe un equilibrio tra massa e velocità, consentirebbe alla missione di raggiungere Alpha Centauri in poco più di 100 anni e consentirebbe di condurre operazioni scientifiche all'arrivo.
Come indicano nel loro studio, questo tipo di architettura di missione offre molti vantaggi, non ultimo il fatto che un veicolo spaziale più grande sarebbe in grado di trasportare di più in termini di strumenti e raccogliere più dati scientifici di un veicolo spaziale su scala di grammo (come con Breakthrough Starshot's StarChip). Come hanno concluso:
"Sia [laser che le vele magnetiche] hanno il vantaggio che nessun propellente deve essere trasportato nel veicolo spaziale ... La missione si basa su tecnologie attualmente disponibili o in fase di sviluppo, ma avrebbe bisogno di ampi miglioramenti per costruire effettivamente l'infrastruttura spaziale richiesta ... Con una linea di base di missione multi-veicolo spaziale, il sistema laser viene utilizzato per un periodo di tempo ragionevole. Le lezioni apprese e i dati raccolti dal primo veicolo spaziale potrebbero essere utilizzati per migliorare i seguenti. "
Riconoscono anche le sfide che tale missione comporterebbe, tra cui la necessità di strutture nello spazio di dimensioni di un chilometro. Tali strutture dovrebbero essere costruite in orbita, il che richiederebbe prima lo sviluppo di strutture di fabbricazione orbitale. E, naturalmente, il laser e altri sistemi cruciali necessiteranno di ulteriori perfezionamenti e sviluppi. Tuttavia, il concetto, secondo il loro studio, è fattibile e tecnicamente valido.
Alcuni, tuttavia, hanno i loro dubbi. Ad esempio, c'è il dottor Claudius Gros, un fisico teorico dell'Istituto di fisica teorica dell'Università di Goethe a Francoforte. Gros è un sostenitore di lunga data dell'uso della tecnologia laser a vela per la costruzione di un veicolo spaziale interstellare e ha condotto lavori teorici sull'uso di vele magnetiche per rallentare tale veicolo spaziale.
È anche il fondatore di Project Genesis, una proposta per inviare veicoli spaziali laser a vela equipaggiati con fabbriche genetiche o baccelli criogenici ad altri sistemi stellari, dove distribuirebbero la vita microbica a "esopianeti abitabili in modo transitorio - cioè pianeti in grado di sostenere la vita, ma è improbabile che ne dia origine da soli. Come ha espresso a Space Magazine via e-mail:
“Per quanto riguarda la decelerazione con un campo magnetico, ciò non è effettivamente possibile entro i parametri assunti. Ci vorrebbe una vela magnetica del peso di diverse centinaia di tonnellate per fare il lavoro quando l'imbarcazione naviga al 5% della velocità della luce e quando deve fermarsi entro 20 anni, come ipotizzato nel presente documento. Per accelerare un mezzo così pesante, sarebbero necessari sistemi di lancio molto più potenti. "
Il concetto di utilizzare laser o vele solari per condurre missioni interstellari ha radici profonde. Tuttavia, è stato solo negli ultimi anni che gli sforzi per creare tale veicolo spaziale si sono davvero uniti. Al momento, ci sono molti concetti che offrono architetture di missioni diverse, che hanno tutte la loro parte di sfide e vantaggi.
Con più proposte ora in fase di sviluppo - che include la proposta di Haefner e del suo collega, il concetto Dragonfly di ii4S e Breakthrough Starshot - sarà molto interessante vedere quali (se ve ne sono) degli attuali concetti di vela leggera tenteranno di fare il viaggio verso Alpha Centauri nei prossimi decenni.
Sarà quello che ci arriva nelle nostre vite o che è in grado di rispedire di più in termini di dati scientifici? O potrebbe essere una combinazione dei due, una sorta di accordo a breve / lungo termine? Difficile da dire. Il punto è che il sogno di organizzare una missione interstellare potrebbe non rimanere un sogno molto più a lungo.
