Pada satu masa, umat manusia mempunyai cita-cita yang membawa kepada projek luar biasa seperti penerbangan berawak pertama ke angkasa atau misi ke bulan. Langkah seterusnya adalah penjajahan planet, dan kemudian perjalanan antara bintang. Breakthrough Starshot Initiative adalah penerus cita-cita manusia dan berjanji akan membuka jalan kepada bintang-bintang di sekitarnya.
Breakthrough Starshot, anak sulung usahawan jutawan Rusia Yuri Milner, menjadi terkenal pada bulan April 2016 pada sidang media yang dihadiri oleh ahli fizik terkenal termasuk Stephen Hawking dan Freeman Dyson. Walaupun projek ini masih belum selesai, rancangan awalnya melibatkan pengiriman ribuan kerepek berukuran cap pada layar perak besar, yang pertama kali akan memasuki orbit Bumi dan kemudian dipercepat dengan laser darat.
Dalam dua minit pecutan laser, kapal angkasa akan mempercepat hingga seperlima kelajuan cahaya - seribu kali lebih cepat daripada kenderaan buatan mana pun dalam seluruh sejarah umat manusia.
Setiap kapal angkasa akan terbang selama 20 tahun dan mengumpulkan data saintifik mengenai ruang antara bintang. Setelah mencapai planet dalam sistem bintang Alpha Centauri, kamera digital yang terpasang akan mengambil gambar beresolusi tinggi dan menghantar gambar ke Bumi, yang membolehkan kita melihat jiran planet terdekat kita. Sebagai tambahan kepada pengetahuan saintifik, kita dapat mengetahui apakah planet-planet ini sesuai untuk penjajahan manusia.
Pasukan di sebalik Breakthrough Starshot sama hebatnya dengan teknologi. Lembaga pengarah termasuk Milner, Hawking dan Mark Zuckerberg, pencipta Facebook. Pete Warden, bekas pengarah Pusat Penyelidikan Ames NASA, adalah CEO. Beberapa saintis terkemuka, termasuk pemenang Nobel, menasihati projek itu, dan Milner memasukkan $ 100 juta dana sendiri untuk memulakan kerja. Bersama rakan sekerja, mereka melabur lebih dari $ 10 bilion selama beberapa tahun untuk menyelesaikan kerja.
Walaupun keseluruhan idea ini nampaknya benar-benar sci-fi, tidak ada halangan ilmiah untuk pelaksanaannya. Ini, bagaimanapun, tidak harus terjadi esok: untuk Starshot berjaya, sejumlah kemajuan teknologi diperlukan. Penganjur dan perunding ilmiah mempercayai kemajuan eksponensial dan Starshot telah wujud selama 20 tahun.
Di bawah ini anda akan dapati senarai sebelas teknologi Starshot dan apa yang diharapkan para saintis memacu perkembangan eksponensial mereka selama dua puluh tahun akan datang.
Video promosi:
Pengesanan eksoplanet
Exoplanet adalah planet di luar sistem suria kita. Walaupun penemuan saintifik pertama mengenai eksoplanet hanya berlaku pada tahun 1988, pada 1 Mei 2017, 3.608 eksoplanet ditemui di 2,702 sistem planet. Walaupun beberapa di antaranya menyerupai planet di tata surya, ada banyak planet yang tidak biasa, seperti cincin dengan 200 kali lebih lebar daripada yang terdapat pada Saturnus.
Apakah sebab berlakunya penemuan ini? Peningkatan teleskop yang ketara.
Hanya 100 tahun yang lalu, teleskop terbesar di dunia adalah Teleskop Hooker dengan cermin 2.54 meter. Hari ini, Teleskop Sangat Besar ESO, yang terdiri dari empat teleskop besar berdiameter 8.2 meter, adalah kemudahan astronomi berasaskan darat yang paling produktif, menghasilkan satu artikel ilmiah setiap tinjauan pakar setiap hari.
Para saintis menggunakan MBT dan alat khas untuk mencari planet ekstrasolar padat di zon bintang yang berpotensi dihuni. Pada bulan Mei 2016, saintis yang menggunakan teleskop TRAPPIST di Chile tidak menemukan satu, tetapi tujuh eksoplanet berukuran Bumi sekaligus di zon yang berpotensi dihuni.
Sementara itu, di ruang angkasa, kapal angkasa Kepler NASA, yang direka khas untuk tugas itu, telah mengenal pasti lebih dari 2.000 eksoplanet. Teleskop Angkasa James Webb, yang akan dilancarkan pada bulan Oktober 2018, akan memberikan gambaran yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang apakah eksoplanet dapat menyokong kehidupan. "Sekiranya planet-planet ini mempunyai atmosfer, JWST akan menjadi kunci untuk membongkar rahsia mereka," kata Doug Hudgins, seorang saintis exoplanet di ibu pejabat Washington DC NASA.
Kos pelancaran
Kapal induk Starshot akan dilancarkan di atas roket dan akan melancarkan 1,000 kapal. Kos pengangkutan muatan menggunakan roket sekali pakai sangat besar, tetapi penyedia perkhidmatan swasta seperti SpaceX dan Blue Origin telah menunjukkan kejayaan dalam melancarkan roket yang dapat digunakan semula yang diharapkan dapat mengurangkan kos pelancaran dengan ketara. SpaceX telah mengurangkan kos menjadi $ 60 juta untuk melancarkan Falcon 9, dan ketika industri ruang angkasa swasta berkembang dan roket yang dapat digunakan kembali menjadi semakin lazim, harganya akan turun dan turun.
Starchip
Setiap Starchip 15mm ("star chip") mesti mengandungi sebilangan besar peranti elektronik canggih seperti sistem navigasi, kamera, laser komunikasi, bateri radioisotop, multiplexer kamera dan antara muka. Para jurutera berharap mereka dapat memasukkan semuanya ke dalam mesin berukuran setem kecil.
Bagaimanapun, cip komputer pertama pada tahun 1960 mengandungi segelintir transistor. Terima kasih kepada Undang-Undang Moore, hari ini kita dapat memuatkan berbilion transistor pada setiap cip. Kamera digital pertama seberat beberapa kilogram dan merakam gambar 0,01-megapiksel. Hari ini, sensor kamera digital menangkap gambar warna berkualiti tinggi pada 12 megapiksel dan sesuai dengan telefon pintar - bersama dengan sensor lain seperti GPS, akselerometer dan giroskop. Dan kami melihat peningkatan ini turun ke dalam penerokaan ruang angkasa dengan satelit yang lebih kecil memberikan kami data berkualiti.
Agar Starshot berjaya, kita memerlukan jisim cip kira-kira 0.22 gram menjelang 2030. Tetapi jika penambahbaikan terus berlaku pada kadar yang sama, ramalan menunjukkan bahawa ini mungkin.
Belayar ringan
Layar harus dibuat dari bahan yang akan sangat reflektif (untuk mendapatkan denyut maksimum dari laser), menyerap minimum (agar tidak terbakar oleh panas) dan pada masa yang sama sangat ringan (dibenarkan untuk pecutan cepat). Ketiga-tiga kriteria ini sangat penting, dan pada masa ini tidak ada bahan yang sesuai untuknya.
Kemajuan yang diperlukan boleh datang dari mengautomasikan kecerdasan buatan dan mempercepat penemuan bahan baru. Automasi ini telah berjalan sehingga kaedah pembelajaran mesin hari ini dapat "menjana perpustakaan calon untuk bahan yang sesuai dalam puluhan ribu kedudukan" dan membolehkan jurutera menentukan yang mana yang patut diperjuangkan dan yang patut diuji dalam keadaan tertentu.
Penyimpanan tenaga
Walaupun Starchip akan menggunakan bateri radioisotop kecil selama 24 tahun perjalanannya, kita masih memerlukan bateri kimia konvensional untuk laser. Laser perlu melepaskan tenaga kolosal dalam masa yang singkat, yang bermaksud tenaga harus disimpan dalam bateri berdekatan.
Bateri meningkat sekitar 5-8% per tahun, walaupun kita sering tidak melihatnya kerana penggunaan tenaga meningkat. Sekiranya bateri terus meningkat pada kadar ini, dalam dua puluh tahun mereka akan mempunyai kapasiti 3-5 kali lebih banyak daripada yang ada sekarang. Inovasi lain boleh mengikuti pelaburan besar dalam industri bateri. Usaha sama Tesla-Solar City telah menyerahkan 55,000 kepada Kauai untuk menggerakkan sebahagian besar infrastrukturnya.
Laser
Ribuan laser yang kuat akan digunakan untuk mendorong kapal itu bersama dengan layar.
Laser mematuhi Hukum Moore dengan cara yang sama seperti rangkaian terpadu, menggandakan kekuatan setiap 18 bulan. Dekad terakhir telah menyaksikan percepatan dramatis dalam pengukuran kekuatan dioda dan laser serat. Yang pertama menembus serat mod tunggal 10 kilowatt pada tahun 2010 dan penghalang 100 kilowatt beberapa bulan kemudian. Sebagai tambahan kepada tenaga mentah, kami juga memerlukan kejayaan dalam menggabungkan laser array bertahap.
Kepantasan
Keupayaan kita untuk bergerak dengan cepat … bergerak dengan cepat. Pada tahun 1804, kereta api dicipta dan dengan cepat memperoleh kecepatan 100 kilometer sejam. Kapal angkasa "Helios-2" melepaskan catatan ini pada tahun 1976: pada saat terpantas "Helios-2" bergerak menjauh dari Bumi dengan kecepatan 356.040 km / jam. 40 tahun kemudian, kapal angkasa New Horizons telah mencapai kelajuan heliosentris 45 kilometer sesaat (lebih dari 200,000 kilometer sejam). Tetapi walaupun pada kelajuan itu, akan memakan masa yang lama untuk sampai ke Alpha Centauri, empat tahun cahaya.
Walaupun mempercepat zarah subatomik ke kelajuan cahaya dekat sudah menjadi perkara biasa dalam pemecut zarah, objek makroskopik belum dapat mempercepatnya. Mencapai 20% kelajuan cahaya akan menjadi 1000 kali ganda kelajuan dari objek buatan manusia.
Penyimpanan memori
Keupayaan menyimpan maklumat menjadi asas pengiraan. Starshot akan bergantung pada penurunan berterusan dalam kos dan saiz memori digital untuk menyediakan ruang penyimpanan yang mencukupi untuk program dan gambarnya yang ditangkap dalam sistem bintang Alpha Centauri dan planetnya.
Kos memori telah menurun secara mendadak selama beberapa dekad: pada tahun 1970, satu megabait bernilai kira-kira satu juta dolar; sekarang - wang ringgit semata-mata. Saiz yang diperlukan untuk penyimpanan juga menyusut, dari cakera keras 5-megabait yang dimuat pada tahun 1956 dengan forklift hingga stik USB 512-gigabait dengan berat beberapa gram.
Telekomunikasi
Setelah Starchip menangkap gambar, gambar perlu dihantar kembali ke Bumi untuk diproses.
Telekomunikasi telah berkembang dengan pesat sejak Alexander Graham Bell mencipta telefon pada tahun 1876. Rata-rata kelajuan internet hari ini adalah sekitar 11 megabit sesaat. Lebar jalur dan kelajuan yang diperlukan untuk menghantar gambar digital selama 4 tahun cahaya - 40 trilion kilometer - akan memerlukan kemajuan terkini dalam telekomunikasi.
Teknologi Li-Fi sangat menjanjikan, dan transmisi tanpa wayarnya menjanjikan 100 kali lebih pantas daripada Wi-Fi. Terdapat juga eksperimen dalam bidang telekomunikasi kuantum, yang tidak akan cepat, tetapi selamat.
Pengiraan
Langkah terakhir projek Starchip adalah menganalisis data yang dikembalikan oleh kapal angkasa. Untuk melakukan ini, kita harus bergantung pada pengembangan daya pengkomputeran yang eksponensial, yang telah meningkat satu triliun kali selama 60 tahun terakhir.
Baru-baru ini, penurunan kos pengkomputeran dikaitkan dengan awan. Melihat ke depan dan menggunakan kaedah pengkomputeran baru seperti kuantum, kita dapat menjangkakan peningkatan kuasa sebanyak 1000 kali ganda pada saat Starshot mengembalikan data. Kekuatan pengkomputeran yang luar biasa ini akan membolehkan kita melakukan simulasi saintifik dan analisis sistem bintang terdekat kita.
ILYA KHEL
