ในเดือนเมษายนของปี 2559 มหาเศรษฐีชาวรัสเซียยูริมิลเนอร์ประกาศการสร้าง Breakthrough Starshot ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งขององค์กรทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่หวังผลกำไรของเขา (รู้จักกันในชื่อ Breakthrough Initiatives) วัตถุประสงค์ของ Starshot คือการออกแบบ nanocraft ไลท์เซลซึ่งจะสามารถเข้าถึงระบบดาวที่ใกล้ที่สุด - Alpha Centauri (aka Rigel Kentaurus) - ในช่วงชีวิตของเรา
นับตั้งแต่ก่อตั้งขึ้นนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่อยู่เบื้องหลังแนวคิด Starshot ได้พยายามที่จะจัดการกับความท้าทายที่ภารกิจดังกล่าวต้องเผชิญ ในทำนองเดียวกันมีหลายคนในชุมชนวิทยาศาสตร์ที่ได้ให้คำแนะนำว่าแนวคิดดังกล่าวสามารถทำงานได้อย่างไร ล่าสุดมาจากสถาบัน Max Planck สำหรับการวิจัยระบบสุริยะซึ่งนักวิจัยสองคนได้คิดค้นวิธีใหม่ในการทำให้ยานช้าลงเมื่อถึงปลายทาง
ในการสรุปภาพแนวคิดของ Starshot นั้นมีขนาดเล็กขนาดนาโนกรัมที่ถูกลากโดยแสงไฟ การใช้แสงเลเซอร์บนพื้นดินแสงไฟนี้จะเร่งความเร็วประมาณ 60,000 กม. / วินาที (37,282 mps) - หรือ 20% ของความเร็วแสง ด้วยความเร็วนี้ nanocraft จะสามารถเข้าถึงระบบดาวที่อยู่ใกล้เคียงกับอัลฟาเซ็นทอรีของเราซึ่งอยู่ห่างออกไป 4.37 ปีแสง - ในเวลาเพียง 20 ปี
โดยปกติแล้วสิ่งนี้นำเสนอความท้าทายทางเทคนิคจำนวนมาก - ซึ่งรวมถึงความเป็นไปได้ของการชนกับฝุ่นระหว่างดวงดาวรูปร่างที่เหมาะสมของแสงไฟและความต้องการพลังงานที่แท้จริงสำหรับการจัดเรียงลำแสงเลเซอร์ แต่สิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันคือความคิดที่ว่ายานจะช้าลงอย่างไรเมื่อไปถึงปลายทาง เมื่อไม่มีเลเซอร์ที่ปลายอีกด้านเพื่อใช้พลังงานทำลายยานจะช้าพอที่จะเริ่มศึกษาระบบได้อย่างไร
นี่เป็นคำถามที่René Heller และ Michael Hippke เลือกที่จะกล่าวในการศึกษาของพวกเขา“ การชะลอตัวของโฟตอนระหว่างดวงดาวความเร็วสูงแล่นไปสู่วงโคจรที่อัลฟาเซ็นทอรี” เฮลเลอร์เป็นนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่กำลังช่วย ESA ในการเตรียมการสำหรับภารกิจ PLAnetary Transits และการแกว่งของดาว (PLATO) - นักล่าดาวเคราะห์นอกระบบที่ถูกนำไปใช้เป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรม Cosmic Vision
ด้วยความช่วยเหลือจากผู้เชี่ยวชาญด้าน Michael Hippke ทั้งสองได้พิจารณาสิ่งที่จำเป็นสำหรับภารกิจระหว่างดวงดาวที่จะไปถึง Alpha Centauri และให้ผลตอบแทนทางวิทยาศาสตร์ที่ดีเมื่อมาถึง เรื่องนี้จะต้องมีการดำเนินการเบรกเมื่อมันมาถึงเพื่อยานอวกาศจะไม่แหกระบบในพริบตา ตามที่ระบุในการศึกษา:
“ แม้ว่าการสำรวจระหว่างดวงดาวเช่นนี้จะไปถึง Proxima 20 ปีหลังจากการเปิดตัวโดยไม่ต้องใช้แรงกระตุ้นเพื่อชะลอความเร็ว แต่มันจะเข้าไปสำรวจระบบภายในไม่กี่ชั่วโมง ที่นี่เราแสดงให้เห็นถึงความกดดันของโฟตอนที่เป็นตัวเอกของอัลฟาเซ็น Cen A, B และ C (Proxima) ที่เป็นตัวเอกพร้อมกับแรงโน้มถ่วงช่วยในการชะลอความเร็วของใบเรือสุริยะที่เข้ามาจากโลก”
เพื่อประโยชน์ในการคำนวณ Heller และ Hippke ประเมินว่ายานจะมีน้ำหนักน้อยกว่า 100 กรัม (3.5 ออนซ์) และติดตั้งบนเรือขนาด 100,000 ตารางเมตร (1,076,391 ตารางฟุต) ในพื้นที่ผิว เมื่อสิ่งเหล่านี้เสร็จสมบูรณ์ Hippke ก็นำมาดัดแปลงเป็นแบบจำลองคอมพิวเตอร์ จากผลลัพธ์ของพวกเขาพวกเขาเสนอแนวความคิดภารกิจใหม่ทั้งหมดที่ทำไปด้วยความต้องการเลเซอร์ทั้งหมด
ในสาระสำคัญแนวคิดที่ได้รับการแก้ไขของพวกเขาเรียกร้องให้ยาน Autonomous Active Sail (AAS) ที่จะจัดหาพลังขับเคลื่อนและหยุดเอง ยานนี้จะทำการแล่นเรือในขณะที่อยู่ในระบบสุริยจักรวาลและใช้ลมสุริยะของดวงอาทิตย์เพื่อเร่งความเร็วให้สูงขึ้น เมื่อมาถึงระบบอัลฟาเซ็นทอรีมันจะรวมตัวกันแล่นเรือเพื่อให้รังสีที่เข้ามาจากอัลฟาเซ็นทอรีเอและบีมีผลในการทำให้ช้าลง
โบนัสเพิ่มเติมของการซ้อมรบที่เสนอนี้คือยานเมื่อมันชะลอตัวจนถึงจุดที่สามารถสำรวจระบบ Alpha Centauri ได้อย่างมีประสิทธิภาพจากนั้นก็สามารถใช้แรงโน้มถ่วงช่วยจากดาวเหล่านี้เพื่อเปลี่ยนเส้นทางไปสู่ Proxima Centauri เมื่อถึงจุดนั้นมันสามารถทำการสำรวจระยะใกล้ของ Proxima b ซึ่งเป็นดาวเคราะห์นอกระบบที่ใกล้เคียงที่สุดในโลกและตรวจสอบว่าสภาพบรรยากาศและพื้นผิวเป็นอย่างไร
เนื่องจากการมีอยู่ของดาวเคราะห์ดวงนี้ได้รับการประกาศครั้งแรกโดยหอสังเกตการณ์ทางใต้ของยุโรปในเดือนสิงหาคม 2559 จึงมีการคาดเดามากมายเกี่ยวกับว่ามันจะสามารถอยู่อาศัยได้หรือไม่ การมีภารกิจที่สามารถตรวจสอบได้เพื่อตรวจหาเครื่องหมายบอกเล่า - บรรยากาศที่ทำงานได้, สนามแม่เหล็กและน้ำของเหลวบนพื้นผิว - แน่นอนว่าจะเป็นที่ถกเถียงกัน
ดังที่เฮลเลอร์อธิบายไว้ในการแถลงข่าวจากสถาบัน Max Planck แนวคิดนี้นำเสนอข้อได้เปรียบค่อนข้างน้อย แต่มาพร้อมกับส่วนแบ่งของการแลกเปลี่ยนไม่น้อยซึ่งเป็นเวลาที่จะไปอัลฟาเซ็นทอรี “ แนวคิดภารกิจใหม่ของเราสามารถให้ผลตอบแทนทางวิทยาศาสตร์ได้สูง แต่มีเพียงหลานของหลานของเราเท่านั้นที่จะได้รับ” เขากล่าว “ ในทางตรงกันข้าม Starshot ทำงานได้หลายครั้งหลายทศวรรษและสามารถรับรู้ได้ในรุ่นเดียว ดังนั้นเราอาจระบุแนวคิดติดตามผลระยะยาวสำหรับ Starshot”
ในปัจจุบัน Heller และ Hippke กำลังพูดคุยแนวคิดของพวกเขากับ Breakthrough Starshot เพื่อดูว่ามันจะเป็นไปได้หรือไม่ บุคคลหนึ่งที่ได้ตรวจสอบการทำงานของพวกเขาคือศาสตราจารย์ Avi Loeb, Frank B. Baird Jr. ศาสตราจารย์วิทยาศาสตร์ที่ Harvard University และประธานคณะกรรมการที่ปรึกษาของมูลนิธิ Breakthrough เมื่อเขาบอก Space Magazine ทางอีเมลแนวคิดที่นำเสนอโดย Heller และ Hippke นั้นมีค่าควรพิจารณา แต่มีข้อ จำกัด :
“ ถ้าเป็นไปได้ที่จะทำให้ยานอวกาศช้าลงด้วยแสงดาว (และแรงโน้มถ่วงช่วย) ก็เป็นไปได้ที่จะยิงยานอวกาศด้วยพลังเดียวกัน…ถ้าเป็นเช่นนั้นทำไมโครงการ Breakthrough Starshot ที่เพิ่งประกาศใช้เลเซอร์และ ไม่ใช่แสงแดดที่จะขับเคลื่อนยานอวกาศของเราใช่ไหม คำตอบก็คืออาร์เรย์เลเซอร์ที่เรามองเห็นสามารถผลักใบเรือให้กับฟลักซ์พลังงานที่ใหญ่กว่าฟลักซ์โซลาร์ในพื้นที่เป็นล้านเท่า
“ ในการใช้แสงดาวเพื่อให้ได้ความเร็วสัมพัทธ์เราจะต้องใช้ใบเรือที่บางมาก ในกระดาษใหม่เฮลเลอร์และฮิปปี้พิจารณาตัวอย่างของมิลลิกรัมแทนการแล่นระดับกรัม สำหรับการแล่นเรือในพื้นที่สิบตารางเมตร (ตามจินตนาการในการศึกษาแนวคิดของ Starshot) ความหนาของการแล่นเรือของพวกเขาจะต้องมีเพียงไม่กี่อะตอม พื้นผิวดังกล่าวนั้นมีขนาดที่บางกว่าความยาวคลื่นของแสงที่มันมีจุดมุ่งหมายเพื่อสะท้อนแสงและเพื่อให้การสะท้อนแสงของมันอยู่ในระดับต่ำ ไม่เป็นไปได้ที่จะลดน้ำหนักด้วยขนาดของคำสั่งจำนวนมาก แต่ยังคงความแข็งแกร่งและการสะท้อนกลับของวัสดุใบเรือ
“ ข้อ จำกัด หลักในการกำหนดแนวคิดของ Starshot คือการเยี่ยมชม Alpha Centauri ภายในช่วงชีวิตของเรา การยืดเวลาการเดินทางให้เกินกว่าอายุการใช้งานของมนุษย์ดังที่ได้กล่าวไว้ในบทความนี้จะทำให้ผู้คนที่เกี่ยวข้องได้รับความสนใจน้อยลง นอกจากนี้เราควรระลึกไว้ว่าเรือจะต้องมาพร้อมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งจะเพิ่มน้ำหนักอย่างมาก "
ในระยะสั้นหากเวลาไม่ใช่ปัจจัยเราสามารถคาดการณ์ได้ว่าความพยายามครั้งแรกของเราในการเข้าถึงระบบสุริยะอื่นอาจเกี่ยวข้องกับ AAS ที่ถูกขับเคลื่อนและชะลอตัวลงโดยลมสุริยะ แต่ถ้าเรายินดีที่จะรอหลายร้อยปีเพื่อให้ภารกิจสำเร็จเราอาจพิจารณาส่งจรวดด้วยเครื่องยนต์ธรรมดา (อาจเป็นลูกเรือ) ไปยัง Alpha Centauri
แต่ถ้าเราตั้งใจจะไปที่นั่นภายในช่วงชีวิตของเราเองการแล่นด้วยเลเซอร์หรืออะไรทำนองนั้นจะเป็นหนทางไป มนุษยชาติใช้เวลากว่าครึ่งศตวรรษในการสำรวจว่ามีอะไรอยู่ในสวนหลังบ้านของเราและพวกเราบางคนก็ใจร้อนที่จะเห็นว่ามีอะไรอยู่ข้างหน้า!
