منظومه ستارهای آلفا قنطورس، نزدیکترین همسایه کیهانی ما، در فاصله حدود ۴.۲ سال نوری از زمین قرار دارد. این فاصله برای فضاپیماهای امروزی چنان عظیم است که پیمودن آن دهها هزار سال به طول میانجامد. با این حال، مفهومی انقلابی به نام “پروژه استارشات” (Breakthrough Starshot) وعده میدهد که این سفر را در عرض تنها کمی بیش از ۲۰ سال ممکن سازد.
این پروژه بلندپروازانه که در سال ۲۰۱۶ معرفی شد، با هدف قرار دادن پیشرانش در زمین و به حداقل رساندن جرم فضاپیما، محاسبه زمان سفر به دورترین نقاط فضا را دگرگون میکند. ایده اصلی، استفاده از یک بادبان بسیار نازک و سبک است که توسط آرایهای قدرتمند از لیزرها در فضا شتاب میگیرد.
چرا آلفا قنطورس همچنان دور است؟
آلفا قنطورس در واقع یک منظومه سهستارهای است که از دو ستاره درخشان (آلفا قنطورس A و B) و یک کوتوله سرخ کمنورتر به نام پروکسیما قنطورس تشکیل شده است. پروکسیما قنطورس در حال حاضر نزدیکترین ستاره منفرد به خورشید ماست و در فاصله تقریبی ۴.۲ سال نوری قرار دارد. این فاصله معادل حدود ۴۰ تریلیون کیلومتر است.
برای درک بهتر این فاصله، سرعت فضاپیمای وویجر ۱ را در نظر بگیرید که با سرعتی معادل ۳.۵ واحد نجومی در سال (حدود ۱۷ کیلومتر بر ثانیه) در حال خروج از منظومه شمسی است. با این سرعت، سفر به پروکسیما قنطورس حدود ۷۵ هزار سال طول میکشد. محدودیت اصلی در سفرهای فضایی طولانیمدت، نه فقط ظرفیت سوخت، بلکه جرم کلی فضاپیماست؛ زیرا هرچه سرعت مورد نیاز بیشتر باشد، جرم پیشران و سازه نیز به طور تصاعدی افزایش مییابد.
ایده استارشات: موتور در زمین، بادبان در فضا
پروژه مفهوم استارشات با جدا کردن منبع انرژی از وسیله نقلیه، این مشکل را حل میکند. در این طرح، یک آرایه زمینی از لیزرهای فازی، نور را به سمت یک بادبان چند متری در فضا هدایت میکنند. فوتونها، هرچند جرم سکون ندارند، اما دارای تکانه هستند و هنگام بازتاب، فشاری را اعمال میکنند.
فشار نور خورشید بسیار ناچیز است، اما استارشات تصور میکند که پرتوی لیزری با توان دهها تا صدها گیگاوات میتواند برای چند دقیقه بر بادبان متمرکز شود. این امر باعث شتاب گرفتن “نانوکرافت” (nanocraft) به حدود ۲۰ درصد سرعت نور (نزدیک به ۶۰ هزار کیلومتر بر ثانیه) میشود. پس از رسیدن به این سرعت، فضاپیما بدون نیاز به حمل سوخت، در فضای میانستارهای به حرکت خود ادامه میدهد.
محدودیت جرم در اینجا نقش کلیدی ایفا میکند. در حالی که یک کاوشگر معمولی ممکن است صدها یا هزاران کیلوگرم وزن داشته باشد، “استارچیپ” (StarChip) استارشات، دوربینها، سنسورها، پردازشگر و سیستم ارتباطی را در بستهای چند گرمی جای میدهد و بادبان نیز فوقالعاده سبک خواهد بود. طرح اولیه شامل پرتاب چندین کاوشگر بود، زیرا انتظار میرفت برخی از آنها با شکست مواجه شوند.
زمان پرواز ۲۰ ساله، نه کل مأموریت
تقسیم فاصله ۴.۲ سال نوری بر سرعت ۰.۲ برابر سرعت نور، کمی بیش از ۲۱ سال را برای زمان پرواز به دست میدهد. این رقم ساده، زمان لازم برای توسعه فناوری، ساخت تأسیسات لیزری، پرتاب کاوشگرها و قرار دادن آنها در موقعیت مناسب برای شتابگیری را شامل نمیشود.
علاوه بر این، زمان انتظار برای دریافت دادهها نیز باید در نظر گرفته شود. ارسال سیگنال از پروکسیما قنطورس به زمین ۴.۲ سال دیگر زمان میبرد. بنابراین، حتی اگر کاوشگر پس از ۲۱ یا ۲۲ سال به مقصد برسد و بلافاصله دادهها را ارسال کند، اولین نتایج حدود ۲۶ سال پس از پرتاب دریافت خواهد شد.
این فضاپیماها صرفاً عبوری خواهند بود و قادر به توقف نخواهند بود، زیرا هیچ آرایه لیزری مشابهی در منظومه آلفا قنطورس وجود ندارد. کاهش سرعت از یک پنجم سرعت نور، خود چالشی جداگانه است. این کاوشگرها ممکن است تنها در چند ساعت از مناطق قابل مشاهده عبور کنند، که نیازمند سیستمهای ناوبری، هدفگیری و جمعآوری دادههای بسیار پیشرفته و خودکار است.
بادبان در برابر پرتو لیزر کشنده
ایده اصلی این پروژه بر اساس قوانین شناخته شده فیزیک استوار است، اما ساخت آن چالشهای فراوانی دارد. بادبان باید تقریباً تمام انرژی لیزر را بازتاب دهد، زیرا حتی جذب جزئی میتواند یک غشای نازک (در حد دهها تا صدها نانومتر) را تا حدی گرم کند که تغییر شکل داده یا بخار شود. همچنین، بادبان باید در مرکز پرتو باقی بماند و در طول شتابگیری کج نشود، پاره نگردد یا از مسیر منحرف نگردد.
تحقیقات آزمایشگاهی برای حل این مشکلات ادامه دارد. در سال ۲۰۲۵، تیمی به رهبری دانشگاه کلتک اولین اندازهگیری مستقیم فشار تابشی بر روی یک غشای بادبان نور میکروسکوپی متصل را گزارش کردند. این پژوهشگران نیروهایی در حدود ۷۰ فمتونیوتن را اندازهگیری کرده و تأثیر زاویه پرتو و پراکندگی لبهها بر حرکت را مطالعه کردند. این یک آزمایش مواد و اندازهگیری بود، نه یک آزمایش پرواز نسبیتی.
چالشهای دیگر شامل همگامسازی یک آرایه لیزری بسیار بزرگ از میان جو زمین، مقاومت در برابر برخورد با غبار میانستارهای، حفظ عملکرد الکترونیک برای دههها و ارسال تصاویر با فرستندهای که وزن آن کسری از سیستمهای رادیویی متعارف باشد، است.
پروژهای که تحقیقاتش از برنامه زمانی اولیه فراتر رفت
استارشات به عنوان یک برنامه تحقیقاتی ۱۰۰ میلیون دلاری آغاز شد تا اثبات مفهوم را فراهم کند، نه تأمین مالی کل سیستم بینستارهای. در سپتامبر ۲۰۲۵، ساینتیفیک آمریکن گزارش داد که برنامه در حالت تعلیق قرار گرفته است گزارش داد که محققان مشغول در این پروژه، درباره آینده آن ابهاماتی دارند. این توقف با لغو رسمی مأموریت همراه نبود.
با این حال، کارهای بنیادی متوقف نشده است. گروههای تحقیقاتی به انتشار مقالات در زمینه مواد نانوفوتونیک، کنترل حرارتی، پایداری بادبان و فشار تابش ادامه میدهند. این نتایج ممکن است حتی اگر پرتاب به آلفا قنطورس همچنان دور باشد، به مأموریتهای کوچکتر و کندتر کمک کند.
بنابراین، زمان پرواز ۲۰ ساله یک نتیجه قابل دفاع در چارچوب یک طراحی چالشبرانگیز است، نه یک پیشبینی قطعی. یک بادبان چند گرمی که با سرعت یک پنجم نور حرکت میکند، میتواند در طول عمر یک انسان به نزدیکترین منظومه ستارهای برسد. هنوز کسی زنجیره لیزر، بادبان، کاوشگر و ارتباطات لازم برای تحقق این امر را نساخته است.
