Sind wir tatsächlich so nah an Techniken zur Beschleunigung von Sonden auf Geschwindigkeiten wie ein Viertel ccc?

Da die jüngsten Forschungen von einem Team um Stephen Hawking unter dem Namen Breakthrough Starshot begonnen wurden, wollen sie kleine Sonden auf 0,2 bis 0,25 beschleunigen c . Es sind noch nicht so viele Informationen darüber verfügbar, aber sie sagen, dass es verschiedene Hindernisse geben wird, bevor sie wirklich mit dem Start der Sonden beginnen können. Obwohl ich es als fragwürdig lese, wird die Beschleunigungsmethode überhaupt wie erwartet funktionieren, aber es scheint, dass niemand sonst Zweifel daran hat.

Selbst Kritiker sehen Probleme nur in Herausforderungen wie:

Wie sie Sonden von der Größe von 1 cm 3 30 Jahre lang durch den Weltraum reisen lassen wollen, ohne bei besagten 0,25 Partikeln zu treffen c oder andere Sachen aus dieser Region.

Aber niemand (oder zumindest konnte ich es nicht finden) sagte:

Aus [$reason] werden sie niemals in der Lage sein, die Sonden auf diese Geschwindigkeit zu beschleunigen".

Ist es also wirklich so sicher, dass wir über Kenntnisse verfügen, wie man Mikrocontroller wie Elektronik dieser Größe auf ein Viertel der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann?

Menschen in einer Gruppe können das Projekt aus vielen Gründen „hypen“. Wenn der Hype den Raum betritt, verlässt die kühle, ruhige Vernunft.
Fragen Sie nur nach der Fähigkeit von Elektronik und anderer Hardware, die extreme Beschleunigung zu überstehen? (Weil ich denke, dass diese Frage beantwortet werden könnte)
@Andy: Ich frage mich, ob der Schwachpunkt dieses Projekts wirklich nur darin besteht, die Sonden zu schützen, und nicht, da ich es für fraglich hielt, ob wir überhaupt in der Lage sein werden, die Fracht auf 0,25 zu beschleunigen c
@ Zaibis IMHO, die Antwort von SF beantwortet Ihre Frage nicht besser als meine. Sie haben gefragt, ob wir Wissen haben, nicht ob wir Geld und politischen Einfluss haben.
@called2voyage: Vielleicht bin ich hier gescheitert. aber Sie sprachen von "photonischem Antrieb", bei dem ich keine Verbindung zu diesem tatsächlichen Fall herstellen konnte. Während der jetzt akzeptierten Antwort tatsächlich ein bisschen zu viel an Ressourcen fehlt, fühlt es sich für mich spezifischer an, sich auf den tatsächlichen Fall zu beziehen. Wenn dies falsch ist und Sie dasselbe ansprechen, könnte es sich lohnen, klarzustellen, dass es sich nicht um eine andere Sache handelt, über die Sie sprechen.
@Zaibis Photonischer Antrieb ist der Oberbegriff, der die Art des hier verwendeten Laserantriebs umfasst. Vielleicht war ich zu vage, aber die Zahl, die ich zitiert habe, ist eine Spekulation darüber, was der Laserantrieb leisten könnte.

Antworten (2)

Die Sonnensegel-Idee funktioniert einfach, getestet und wahr.

Sehr leistungsstarke Laser sind Realität. Auch sehr genaue Laser mit schmalem Strahl sind Realität. Diese beiden zusammenzubringen ist absolut machbar.

Um das hochzufahren, sind nur sehr viele Solarzellen erforderlich. Wir haben diese.

Sehr reflektierende Spiegel (damit die Sonde beschleunigt und nicht vom Laser ausgelöscht wird) sind ebenfalls Realität und werden häufig bei Laborlasern verwendet.

Dies sind die wesentlichen Elemente, um die Beschleunigung durchzuführen. Es ist aus technologischer und wissenschaftlicher Sicht absolut machbar.

Es gibt zwei wichtige Gründe, warum wir es möglicherweise nie fertig sehen:

  • Geld

  • Politik.

Erstens sind die Entwicklung und Herstellung dieser Sonden zwar teuer, aber nicht unverschämt teuer. Aber das Laserantriebsgerät, obwohl es viel einfacher zu bauen ist, wird viel Energie brauchen und einfach viel wiegen. Das in den Orbit zu bringen, wird ein kleines Vermögen kosten. Weniger als die ISS oder der LHC, aber immer noch viel.

Und dann - viele Leute sind vielleicht sehr unglücklich darüber, dass jemand einen extrem leistungsstarken Laser von exquisiter Genauigkeit in die Erdumlaufbahn bringt. Das Ding kann missbraucht werden. Infolgedessen greift die Politik ein und das gesamte Projekt kann aufgrund seines militärischen Potenzials blockiert werden.

Ja, und die Tatsache, dass der Laser, den sie brauchen, stark genug wäre, um die Erdatmosphäre zu zerstören, ist etwas, das sie nicht erwähnen. Fügen Sie der Liste also "Platzieren des Lasers auf dem Mond" hinzu.
@Phiteros: Warum nicht einfach in der Erdumlaufbahn hoch genug?
Das würde wohl auch funktionieren. Ich dachte nur, wenn Sie einen so starken Laser haben wollen, muss er ziemlich groß sein und eine beträchtliche Menge an Energie ziehen. Ich wüsste nicht, dass die Solarpanels eines Satelliten die nötige Energiemenge liefern könnten. Außerdem würde der Laser selbst eine Kraft auf den Satelliten ausüben, ihn beschleunigen und seine Umlaufbahn ändern.
@Phiteros: Falls der Satellit die Fahrzeuge von der Sonne weg beschleunigt (zwischen ihnen und ihr befindet), gleicht sich der Lichtdruck der Sonne perfekt mit der Beschleunigung des Lasers aus. Schlimmer noch, wenn es ein halbes Jahr später ist ... aber da es ziemlich massiv ist, sollte es nicht zu stark beeinträchtigt werden.
Ich bin sehr skeptisch gegenüber dieser Antwort, die keine Zahlen oder Hinweise auf Informationsquellen enthält. Insbesondere: Sehr leistungsstarke Laser sind Realität. Auch sehr genaue Laser mit schmalem Strahl sind Realität. Ich brauche einige große Überzeugungsarbeit in diesen Punkten. Über welche Entfernung sprechen wir von der Beschleunigung der Sonnensegel? 100 AE? ein Lichtjahr? Was ist mit der Beugungsgrenze?
@BenCrowell: Industrielle Laser zum Schneiden von Stahl und der Femtosekundenlaser sind Beispiele, Schlüsselwörter, die Sie nachschlagen können. Beides zusammenzubringen, ist eine Herausforderung, die es zu lösen gilt – wir haben sehr leistungsstarke, aber nicht so präzise Laser, und wir haben schwache, extrem präzise Laser, aber keiner, der beides wäre. Aber wenn es schlimmer wird und wir es nicht schaffen können, reicht eine riesige Batterie schwacher, präziser Laser aus. Die Beschleunigung wird über ~40 AE (Plutos Umlaufbahn) liegen und das Ziel wird ein "Segel" sein, das viel größer als die Kernsonde ist.
Femtosekundenlaser sind zwar phantastisch leistungsstark, aber sie erzeugen phantastisch kurze Pulse. Der Impuls wird übertragen, wenn Sie Lichtenergie abprallen lassen E aus etwas perfekt reflektierendes ist 2 E / c , daher gibt es keinen Vorteil für hohe Leistung und kurzen Impuls. Entscheidend ist die durchschnittliche effektive Dauerstrichleistung.
@WetSavannaAnimalakaRodVance: Ich habe die Femtosekundenlaser wegen ihrer Präzision zitiert, nicht wegen ihrer Leistung. Für reine Leistung haben wir die kommerziellen Schneid- und Militärlaser. Die Schneidlaser haben eine miese Präzision - wenige mm und der Strahl ist zu gestreut. Die Militärs können den Strahl auf viele Kilometer Entfernung eng genug halten - aber das ist immer noch mehrere Größenordnungen hinter den 40AU zurück. Wir haben Kommunikationslaser, die das können, aber sie sind nicht annähernd stark genug. Die Kombination von Leistung und Präzision des Strahls ist eine technologische Herausforderung, die noch gelöst werden muss.
Ich habs! Entschuldigung für das Missverständnis!

Angesichts der Tatsache, dass das interstellare Medium (ISM) eine Dichte von etwa 1 Atom pro Kubikzentimeter hat und der Laserantrieb ein Raumschiff theoretisch in zehn Minuten auf 30 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen könnte, werde ich Folgendes sagen eins ist plausibel. Sie sprechen davon, mehrere Sonden zu verwenden, also sollten einige bleiben, selbst wenn einige durch Partikel zerstört werden.

Um es klar zu sagen, wir sprechen über eine Technologie, die in den nächsten Jahrzehnten verfügbar sein wird. Sie sprechen nicht über den heutigen Start. Hier ist eine Liste der Herausforderungen, die das Team identifiziert hat und die es bewältigen muss. Zum Beispiel ist eine Tatsache, dass das Raumfahrzeug vor Kollisionen geschützt werden muss.

Ich möchte die Herausforderung des Kollisionsschutzes nicht unterschätzen. Ein Kommentator (David Theil) auf der Seite Breakthrough Initiatives sagt:

Bei einer typischen interstellaren Mediumsdichte von 1 Atom pro Kubikzentimeter können diese aus einer Impulsbetrachtung vernachlässigt werden. Staubpartikel mit einer Masse von 10^-14 g haben eine Dichte von ungefähr 10^-12 pro Kubikzentimeter in der lokalen Blase. Ein cm großes Raumschiff könnte damit rechnen, auf dem Weg zu Alpha Cen (ungefähr 1 Parsec) auf einige Millionen dieser Bestien zu treffen. Bei einer Geschwindigkeit von 6x10^9 cm/s (0,2c) wird jede einzelne etwa 10^5 Erg abgeben unser kleines Raumschiff ... nicht genug, um die Temperatur im Durchschnitt über die gesamte Masse von 1 Gramm (angenommene Wärmekapazität von Silizium) so stark zu erhöhen, ABER vermutlich genug, um eine Schutzschicht abzuspritzen. Ich würde einige Laborexperimente durchführen wollen, um zu sehen, wie verschiedene Beschichtungen auf solche Kollisionen reagieren. Selbst der LHC kann keine 10^16 eV-Teilchen erzeugen. Dies wird schwierig zu testen sein und sich auf die Modellierung verlassen müssen.

Könnten Sie nur aus persönlicher Neugier ein Zitat oder einen Link mit weiteren Informationen zum photonischen Antrieb hinzufügen?
@Timpanus inklusive - aber es gibt eine Fülle von Informationen da draußen.
Die Liste ist auch von meinem Link zu diesem Seitenindex verlinkt. Aber trotzdem nette Antwort. Wusste nicht, dass wir dazu in der Lage sind. aber wäre es schon ein Faden, ein Atom zu treffen? Können Sie mir einen Hinweis geben, worauf ich achten muss, um nachzulesen, was genau eine Gefahr für die Sonde darstellen würde, um nicht zu weit vom Bereich des OP abzuweichen? Als ob ein Atom bereits wäre, ist der Durchschnitt von 1 Atom pro Kubikzentimeter ziemlich dicht für eine 1 Kubikzentimeter große Sonde, nicht wahr?
@Zaibis Ich weiß, dass die Liste bereits von Ihrer Seite aus verlinkt war, aber ich wollte nur sicherstellen, dass niemand sie verpasst hat. Laut dieser Website sollte die Atomkollision bei diesen Geschwindigkeiten kein großes Problem sein, und die lokale Blase hat eine noch geringere Dichte (100-mal geringer) als der Durchschnitt für das ISM. Natürlich besteht immer die Möglichkeit, etwas Größeres als ein Atom zu treffen.
@Zaibis Der Teil "interstellarer Raum [könnte] ziemlich schmutzig sein" der Seite, die ich gerade verlinkt habe, betrifft hauptsächlich größere Raumfahrzeuge. Es ist unwahrscheinlich, dass etwas so Kleines wie diese Sonden über etwas wie einen Brocken Kometeneis hinwegfegt.
@Zaibis Man sollte jedoch beachten, dass der Schutz vor Kollisionen eine der identifizierten Herausforderungen ist, die es zu bewältigen gilt.
Beim 0,20- bis 0,25-fachen von c ist interstellarer Wasserstoff effektiv ein 20-MeV/A-Teilchenstrahl. Sie benötigen 200 mg/cm² Material, um es zu stoppen, und dieses Material kann beschädigt werden und spritzen. Bei 1 Proton pro cm^3 hat ein Lichtjahr 10^20 Protonen/cm^3 oder etwa 100 Mikrogramm oder etwa 1 Teil pro Tausend der Masse des "Strahlungsschildes", der verwendet wird, um die Protonen zu stoppen. Es ist ein sehr interessantes Materialproblem. Sie verursachen gleichzeitig Schaden und Glühen, und das H und He werden von selbst wieder herausdiffundieren. Je länger ich es betrachte, desto interessanter ist das B t S s-Projekt.
@uhoh In der Tat, ich freue mich auf den Testprozess.
Wir sind dazu nicht in der Lage. „Dies können“ bedeutet Technologiereifegrad 4.
@DavidHammen Weder die Frage noch ich haben gesagt, dass wir dazu in der Lage sind. Die Frage wurde gestellt, ob wir uns nahe sind, und ich sagte, es sei plausibel.
@DavidHammen Wenn ich warte, bis ich Bereitschaftsstufe 4 erreicht habe, bevor ich meinen Tag beginne ... würde ich ... ähm ... etwas davon, immer noch im Bett zu sein und Kaffee zu trinken, aber ich habe es verloren. OK, mehr Kaffee.. OH! Für die Tests werden sie so etwas verwenden, das ich unter http://bancroft.berkeley.edu/Exhibits/physics/bigscience02.html gefunden habe
Sind wir tatsächlich so nah an Techniken zur Beschleunigung von Sonden auf Geschwindigkeiten wie ein Viertel ccc?
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