All'università della California, a Santa Barbara, i ricercatori dell'UCSB Experimental Cosmology Group (ECG) stanno attualmente lavorando su come realizzare il sogno del volo interstellare. Sotto la guida del professor Philip Lubin, il gruppo ha dedicato una notevole quantità di sforzi alla creazione di una missione interstellare composta da una vela leggera ad energia diretta e una nave spaziale (WSS) "wafercraft".
Se tutto va bene, questo veicolo spaziale sarà in grado di raggiungere le velocità relativistiche (una parte della velocità della luce) e raggiungere il sistema stellare più vicino (Proxima Centauri) entro le nostre vite. Recentemente, l'ECG ha raggiunto un'importante pietra miliare testando con successo una versione prototipo del loro wafercraft (alias "StarChip"). Ciò consisteva nell'invio del prototipo tramite pallone nella stratosfera per testarne la funzionalità e le prestazioni.
Il lancio è stato condotto in collaborazione con l'Accademia navale degli Stati Uniti ad Annapolis il 12 aprile 2019. Questa data è stata selezionata in coincidenza con il 58 ° anniversario del volo spaziale orbitale del cosmonauta russo Yuri Gagarin, rendendolo il primo umano ad andare nello spazio . Il test consisteva nel lancio del prototipo a bordo di un pallone ad un'altitudine di 32.000 m (105.000 piedi) sopra la Pennsylvania.
Come ha spiegato il prof. Lubin in un'intervista con l'UCSB Il corrente:
"Fa parte di un processo di costruzione per il futuro e lungo il percorso testerai ogni parte del sistema per perfezionarlo. Fa parte di un programma a lungo termine per lo sviluppo di veicoli spaziali in miniatura per il volo interplanetario e infine per il volo interstellare. "
L'idea alla base di StarChip è semplice. Sfruttando i progressi della miniaturizzazione, tutti i componenti necessari di una missione esplorativa potrebbero essere montati su un veicolo spaziale delle dimensioni di una mano umana. Il componente vela si basa sul concetto di vela solare e sviluppi realizzati con materiali leggeri; e insieme, si sommano a un veicolo spaziale che potrebbe essere accelerato fino al 20% della velocità della luce.
Per il bene di questo volo, il team scientifico che lo ha creato ha sottoposto StarChip a una serie di test progettati per misurare le sue prestazioni nello spazio e la capacità di esplorare altri mondi. Oltre a vedere come ha raggiunto la stratosfera terrestre (tre volte più alta del soffitto operativo degli aeroplani), il prototipo ha raccolto più di 4000 immagini della Terra. Come ha spiegato Nic Rupert, ingegnere di sviluppo nel laboratorio di Lubin:
“È stato progettato per avere molte funzioni di veicoli spaziali molto più grandi, come l'imaging, la trasmissione di dati, tra cui comunicazioni laser, determinazione dell'atteggiamento e rilevamento del campo magnetico. Grazie ai rapidi progressi nella microelettronica, possiamo ridurre un veicolo spaziale in un formato molto più piccolo di quanto non sia stato fatto in precedenza per applicazioni specializzate come la nostra. "
Mentre lo StarChip si è comportato perfettamente su questo volo, ci sono alcuni enormi ostacoli tecnici da affrontare. Considerando le distanze coinvolte - 4,24 anni luce (40 trilioni di chilometri; 25 trilioni di miglia) - e il fatto che il veicolo spaziale dovrà raggiungere una frazione della velocità della luce, i requisiti tecnologici sono scoraggianti. Come disse Lubin:
“La propulsione chimica ordinaria, come quella che ci ha portato sulla luna quasi 50 anni fa ai giorni nostri, impiegherebbe quasi centomila anni per raggiungere il sistema stellare più vicino, Alpha Centauri. E anche la propulsione avanzata come i motori a ioni richiederebbe molte migliaia di anni. Esiste solo una tecnologia nota che è in grado di raggiungere le stelle vicine in una vita umana e che utilizza la luce stessa come sistema di propulsione. "
Una delle maggiori sfide a questo punto è la costruzione di un array laser terrestre in grado di accelerare la vela laser. "Se disponi di un array laser abbastanza grande, puoi effettivamente spingere i wafer con una vela laser per raggiungere il nostro obiettivo del 20 percento della velocità della luce", ha aggiunto Rupert. "Allora saresti ad Alpha Centauri tra circa 20 anni."
Dal 2009, l'UCSB Experimental Cosmology Group ricerca e sviluppa questo concetto nell'ambito di un programma NASA Advanced Concepts chiamato Starlight. Dal 2016 hanno ricevuto un notevole sostegno da Breakthrough Initiatives (il programma di esplorazione dello spazio senza fini di lucro creato da Yuri Milner) nell'ambito di Breakthrough Starshot.
Piuttosto che creare un singolo veicolo spaziale, il team spera che la loro ricerca conduca alla creazione di centinaia e persino migliaia di veicoli commerciali che potrebbero visitare esopianeti nei sistemi stellari vicini. Questi veicoli spaziali eliminerebbero la necessità di propellente e sarebbero in grado di compiere il viaggio in pochi decenni anziché secoli o millenni.
A questo proposito, questi veicoli spaziali sarebbero in grado di rivelare se la vita esiste al di là della Terra nelle nostre vite. Un altro aspetto interessante del progetto UCSB riguarda l'invio della vita dalla Terra ad altri esopianeti. In particolare, i tardigradi e il nematode c.
Questo aspetto del loro piano non è diverso dalla proposta fatta dal Dr. Claudius Gros dell'Istituto di fisica teorica della Goethe University. Con il nome appropriato "Project Genesis", la proposta prevede che i veicoli spaziali azionati dall'energia diretta viaggino verso altri sistemi stellari e seminino eventuali esopianeti "abitabili in modo transitorio". In breve, alla vita verrebbe dato un balzo in avanti su pianeti abitabili ma non abitati.
Come ha spiegato David McCarthy, uno studente laureato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica della UCSB, arrivare al punto in cui tutto è possibile è un processo molto iterativo. "Il punto di costruire queste cose è sapere cosa vogliamo includere nella prossima versione, nel prossimo chip", ha detto. "Inizi con componenti standard perché puoi iterare in modo rapido ed economico."
Con questo test ad alta quota completo, il gruppo UCSB punta a un primo volo suborbitale l'anno prossimo. Nel frattempo, i progressi nell'ottica al silicio e nella fotonica integrata su scala di wafer - grazie in parte alla ricerca condotta dal dipartimento di ingegneria elettrica e informatica di UCSB - stanno riducendo i costi di produzione in serie di questi piccoli veicoli spaziali.
Oltre al viaggio interstellare, questa tecnologia potrebbe facilitare missioni rapide ed economiche su Marte e in altre località del Sistema Solare. Il prof. Lubin e i suoi colleghi ricercatori hanno anche trascorso anni a esplorare applicazioni per la difesa planetaria contro le comete, mitigare i detriti spaziali, potenziare i satelliti in orbita attorno alla Terra o alimentare in remoto avamposti del sistema solare. Quando si tratta di energia diretta, le possibilità sono davvero sconcertanti.
