اما این موضوع مانع تلاش محققان برای یافتن راهحل نمیشود.
دو گروه اصلی که در حال کار روی این هدف هستند، Breakthrough Starshot و بنیاد Tau Zero، تمرکز خود را بر نوع خاصی از پیشرانه با استفاده از فناوری انتقال توان متمرکز کردهاند.
مقالهای از جفری گریسون، رئیس هیئت مدیره بنیاد Tau Zero، و گریت بروهاگ، فیزیکدان مرکز ملی لوسآلاموس که در فیزیک لیزر تخصص دارد، به بررسی یکی از این فناوریهای انتقال توان، یعنی پرتو الکترونی نسبیتی میپردازد و چگونگی استفاده از آن برای ارسال فضاپیما به ستارهای دیگر را تحلیل میکند.
طراحی چنین مأموریتی نیازمند بررسیهای متعددی است و یکی از مهمترین موارد وزن فضاپیما است.
پروژه Breakthrough Starshot طراحی بسیار کوچکی با “بالهای خورشیدی” غولپیکر دارد که امکان حرکت روی یک پرتو نور به سمت آلفا قنطورس را فراهم میکند. اما این کاوشگر کوچک به دلیل محدودیت اندازه، اطلاعات علمی قابل توجهی جمعآوری نخواهد کرد و بیشتر نمایش مهندسی است تا مأموریتی علمی.
از سوی دیگر، مقاله مذکور به کاوشگرهایی با وزن حدود ۱,۰۰۰ کیلوگرم – معادل اندازه کاوشگرهای وویجر ساختهشده در دهه ۱۳۴۸ – میپردازد. با فناوری پیشرفتهتر، این کاوشگرها میتوانند حسگرها و ابزارهای بیشتری نسبت به آن زمان حمل کنند.
اما حرکت دادن چنین کاوشگر بزرگی با پرتو به نوع دیگری از طراحی نیاز دارد. پروژه Breakthrough Starshot از یک پرتو لیزری، احتمالاً در طیف مرئی، استفاده میکند که با تابش مستقیم به بادبانهای نوری متصل به کاوشگر، آن را به حرکت در میآورد. با این حال، این پرتو فقط میتواند تا فاصلهای معادل ۰.۱ واحد نجومی (AU) از مسیر بیش از ۲۷۷,۰۰۰ AU به آلفا قنطورس، تأثیرگذار باشد.
اگرچه این زمان کوتاه ممکن است برای رساندن کاوشگر کوچک به سرعتی مناسب کافی باشد، اما همچنان مشکلاتی مانند آسیبپذیری کاوشگر در برابر گرمای پرتو باقی میماند.
نویسندگان مقاله رویکرد دیگری را پیشنهاد میکنند: به جای تأمین توان در مدت کوتاه، توان را در بازه زمانی طولانیتر فراهم کنیم. این روش به ایجاد نیروی بیشتری کمک کرده و اجازه میدهد کاوشگر بزرگتری با سرعت قابل توجهی حرکت کند.
با این حال، طراحی چنین سیستمی نیز چالشهایی دارد، از جمله پراکندگی پرتو. در فاصلهای بیش از ۱۰ برابر فاصله زمین تا خورشید، چگونه میتوان پرتو را به اندازه کافی متمرکز نگه داشت تا توان مفید تولید کند؟
مقاله بیشتر به جزئیات این موضوع با تمرکز بر پرتوهای الکترونی نسبیتی میپردازد. این مفهوم مأموریتی که با نام Sunbeam شناخته میشود، از چنین پرتوهایی استفاده میکند.
الکترونهایی که با سرعتهای بالا حرکت میکنند، مزایای خاصی دارند. اولاً، رساندن الکترونها به سرعت نزدیک به نور نسبتاً آسان است. اما از آنجا که همه الکترونها بار منفی دارند، ممکن است یکدیگر را دفع کنند و کارایی پرتو کاهش یابد.
در سرعتهای نسبیتی، به دلیل پدیدهای موسوم به فشردگی نسبیتی که در شتابدهندههای ذرات کشف شده است، این مشکل کاهش مییابد.
محاسبات مقاله نشان میدهد چنین پرتوهایی میتوانند توان لازم را تا فاصله ۱۰۰ یا حتی ۱,۰۰۰ AU فراهم کنند. در پایان دوره عملکرد پرتو، یک کاوشگر ۱,۰۰۰ کیلوگرمی میتواند به سرعتی معادل ۱۰ درصد سرعت نور برسد و ظرف ۴۰ سال به آلفا قنطورس برسد.
البته چالشهای زیادی برای اجرای این طرح وجود دارد، از جمله نحوه تولید توان کافی برای ایجاد چنین پرتویی. هرچه کاوشگر از منبع پرتو دورتر شود، توان بیشتری برای انتقال همان نیروی اولیه نیاز است.
برآوردها نشان میدهد که ممکن است به پرتویی با انرژی ۱۹ میلیارد الکترونولت در فاصله ۱۰۰ AU نیاز باشد. این مقدار انرژی اگرچه زیاد است، اما در حد توان فناوری کنونی مانند شتابدهنده بزرگ هادرونی (LHC) است.
برای جذب این انرژی در فضا، نویسندگان استفاده از ابزاری نظری به نام استاتیت خورشیدی را پیشنهاد میکنند. این پلتفرم در نزدیکی سطح خورشید قرار میگیرد و با ترکیب نیروی تابش نور خورشید و میدان مغناطیسی خورشید از سقوط در گرانش آن جلوگیری میکند.
این پلتفرم میتواند مانند کاوشگر خورشیدی پارکر به خورشید نزدیک شود، چرا که مواد مقاوم در برابر گرمای شدید ساختهشدهاند.
فرمدهی پرتو نیز در پشت یک سپر خورشیدی بزرگ انجام میشود که محیطی خنک و پایدار برای عملکرد دستگاه فراهم میکند و میتواند برای روزها یا هفتههای مورد نیاز به فعالیت ادامه دهد.
استفاده از این پلتفرم به جای مدار، به آن امکان میدهد نسبت به کاوشگر ثابت بماند و مشکلاتی مانند قرار گرفتن در سایه زمین یا خورشید را نداشته باشد.
تمام این مفاهیم در حال حاضر در محدوده علم تخیلی قرار دارند. نویسندگان این مقاله نیز اولین بار در سرور دیسکورد ToughSF، که محل تجمع علاقهمندان به علم تخیلی است، با هم دیدار کردند.
اما حداقل بهطور نظری، این ایده نشان میدهد که میتوان یک کاوشگر علمی مفید را در مدتزمانی معقول و بدون نیاز به پیشرفتهای بزرگ فناورانه به آلفا قنطورس ارسال کرد.
