Inde i Starshot planlægger den dristige at skyde små skibe til Alpha Centauri

Fotografi af Philip Lubin, der går på stranden Michelle Groskopf

Stjerneskibskonferencer tiltrækker en håbefuld skare: forskere, opfindere og hobbyfolk begejstrede for ideen om at bygge rumfartøjer, der kan flyve mellem stjernesystemer. Spændingen ved disse sammenkomster kan få det til at føles som om alt er muligt – men også som om intet er. Mange af de fremlagte ordninger er for vage, og de har næsten altid for mange teknologiske huller at udfylde.

I 2015 indtog Philip Lubin, en kosmolog fra University of California, Santa Barbara, scenen ved det 100-årige Starship Symposium i Santa Clara. Han skitserede sin plan om at bygge en laser så kraftig, at den kunne accelerere små rumfartøjer til 20% af lysets hastighed, og få dem til Alpha Centauri på kun 20 år. Vi kunne blive interstellare opdagelsesrejsende inden for en enkelt generation. Det var noget af krogen.

Denne historie var en del af vores juli 2019-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Fordi Lubin er en fremragende offentlig taler, og fordi de underliggende teknologier allerede eksisterede, og fordi videnskaben var sund, blev han mobbet efter foredraget. Han mødte også Pete Worden, en tidligere forskningsdirektør for NASAs Ames Research Center, for første gang. Worden havde for nylig overtaget som leder af Breakthrough Initiatives, et nonprofit-program finansieret af den russiske teknologimilliardær Yuri Milner. Seks måneder senere havde Lubins projekt 100 millioner dollars i finansiering fra Breakthrough og støtte fra Stephen Hawking, som kaldte det det næste store spring ind i kosmos.

Starshot er ligetil, i hvert fald i teorien. Først skal du bygge et enormt udvalg af moderat kraftige lasere. Sæt dem sammen - det, der kaldes faselås - for at skabe en enkelt stråle med op til 100 gigawatt effekt. Ret strålen mod stærkt reflekterende lyssejl, der er fastgjort til rumfartøjer, der vejer mindre end et gram og allerede er i kredsløb. Tænd for strålen i et par minutter, og fotontrykket sprænger rumfartøjet til relativistiske hastigheder.

På Lubins UC Santa Barbara laboratorium studerer den eksperimentelle kosmologigruppe det tidlige univers. Kombinationen af ​​Lubins forskning i rettet energi med andre lidenskaber såsom fremdrift har hjulpet Starshot med at udfolde sig. Ms Tech / originale fotos: Michelle Groskopf

Ikke alene kunne sådan en teknologi bruges til at sende sensorer til et andet stjernesystem; det kunne sende større fartøjer til Jordens naboplaneter og måner. Forestil dig en pakke til Mars om et par dage, eller en bemandet mission til Mars om en måned. Stjerneskud krymper effektivt solsystemet og i sidste ende galaksen.

Det er fantastisk. Og også en drøm. Eller et salgsargument. Eller et langsigtet, langt ude projekt, som ikke kan opretholdes længe nok til, at de ikke-eksisterende teknologier, det kræver, kan bygges.

Lubin er en ung 66. Han går hurtigt, og hans tykke hår og fuldskæg er mørkt. Da jeg mødte ham i Santa Barbara i april, fortalte han mig, at han havde været et seriøst barn, forstyrret af verdens realiteter. Han søgte trøst i matematik og naturvidenskab, fordi han fandt dem smukke. Jeg elskede skolen, forklarer han. Jeg plejede at studere hele tiden. Det var som et tilbagetog for mig: cykle til biblioteket og sluge bøger.

Alligevel forventede han ikke, at han ville følge en akademisk vej - det virkede ikke muligt. Hans familie værdsatte uddannelse, men hans litauiske far, der arbejdede som postbud, tog aldrig engang eksamen fra gymnasiet. Hans russiskfødte mor var sekretær. Jeg voksede op med en internalisering af, at college var for andre mennesker, siger han. Efter opmuntring fra en skolerådgiver i Los Angeles gik han dog på Community College; lærere der tilskyndede ham til at flytte til UC Berkeley. Og dér skubbede hans professorer ham til at søge ind på kandidatskolen. Til sidst landede han på Harvard. Når jeg ser tilbage på det, siger han, var jeg en total knogle.

I dag er Lubin kosmolog. I det meste af sin karriere har han bygget udstyr til at måle universets baggrundsstråling, men hans videnskabelige og tekniske interesser er varierede. Det var på en forsvarsteknologikonference, hvor han talte om at bruge lasere til at forsvare Jorden mod indkommende asteroider og kometer, at han først kom med ideen til Starshot.

Michelle Groskopf

Han fortæller mig også om en anden besættelse: fremdrift. De fleste raketter kører i dag på flydende brændstof, ligesom de gjorde, da Tyskland opfandt V2 under Anden Verdenskrig. De sidste 75 år inden for databehandling har til sammenligning produceret en trillion gange hastighedsforøgelse. Ville det ikke være pænt, hvis fremdriften kunne avancere sådan? siger Lubin. SLS - NASA's supertunge raket, som allerede har kostet 12 milliarder dollars og stadig ikke er klar - kan koste mindre end en krone.

Lubins laboratorier på UC Santa Barbara har et rodet lager, der føles typisk for eksperimentelle fysikopstillinger: gigantiske spoler af optisk fiber, stativer med oscilloskoper, værktøjskasser, printkort. Et skab til opløsningsmidler, et andet til snacks.

Mens vi går gennem laboratorierne, er han hurtig til at erkende, at Starshot stadig står over for en masse udfordringer. Der er for eksempel ingen laser endnu kraftig nok til at udføre denne form for sprængning. Der er ingen lette sejl, der kunne tage sådan en stråle uden at blive udslettet. Der er intet mindre end gram-størrelse rumfartøjer til at foretage rejsen, og spørgsmål om laserforsyning og laserplacering er tilbage. Og så er der de etiske og geopolitiske implikationer af at bygge en så stærk rettet energikilde. Det kunne jo også være et våben.

Ved tavlen begynder postdoc-forsker Peter Krogan at lede mig gennem løsningerne på disse problemstillinger. Først: opbygning af laserarrayet.

Michelle Groskopf

Udfordringen her er at finde ud af, hvordan man fikserer frekvensen af ​​milliarder af lasere, hver 10 centimeter i diameter, og stabiliserer dem, så de kan kombineres til en enkelt stor stråle. Ved at låse flere stråler sammen kan laserens styrke skaleres op til de foreslåede niveauer. Holdets nuværende arbejdsplan er for et array placeret på jorden, som holder omkostningerne lavere, end hvis det var placeret i kredsløb, men tilføjer andre komplikationer - såsom at overvinde atmosfærisk interferens. Dette kræver et beacon knyttet til rumfartøjet, der sender et signal tilbage gennem atmosfæren og lader de jordbaserede lasere fiksere deres mål. For at koble arrayet arbejder Krogan på indlejret faselåsning, hvor et mindre array synkroniseres før det næste lag i arrayet ses, og så videre. Hvis dette kan fungere for to lag lasere - deres umiddelbare forskningsmål - så er det måske bare muligt at gøre det for de fem lag, som simuleringer siger er bedst for en 100-gigawatt stråle.

Den anden store udfordring er solsejlet. Selvom konceptet har eksisteret i årtier, blev det først implementeret med succes i 2010, da Japans Ikaros-rumfartøj testede et sejl på 14 meter (46 fod) kvadratisk under sin mission omkring solen. Men et sejl, der kan tage det blide tryk fra solfotoner, er drastisk forskelligt fra et, der kan modstå den mest kraftfulde laser, der nogensinde er bygget - forskellen mellem at lade en april-tåge ramme dit ansigt og blive slået af en brandslange.

For at klare dette skal Starshot-sejlet være ekstremt robust, selvom det også skal være ekstremt let. Nøglen, forklarer Krogan, er at lade noget af den kraft sive igennem: Sejlets materiale skal være gennemsigtigt og reflekterende på samme tid. Glas er en af ​​de mere lovende kandidater, selvom det skulle have sine egenskaber justeret for at opnå den perfekte blanding af reflektivitet og gennemsigtighed. Det ideelle materiale mangler stadig at blive opfundet, men der er nogle lovende fremskridt, siger Krogan.

Prashant Srinivasan er blandt dem, der arbejder på laserdrevne rumfartøjer i waferscale, som gruppen håber kunne nå Alpha Centauri i løbet af en generation. Michelle Groskopf

Den tredje store udfordring er at bygge det lille rumfartøj. De mindste objekter, der kredser om Jorden lige nu, er cubesats, som er 10 centimeter på hver side og vejer omkring et kilogram. Lubins team ønsker at krympe hele fartøjet til størrelsen af ​​en mikrochip - hvad de kalder wafer-skala. De har miniaturiseret prototyper til størrelsen af ​​en tændstikbog og endda en fjerdedel. Men deres bedste arbejdsmodeller vejer i øjeblikket omkring 100 gram, stadig 100 gange for tunge til Alpha Centauri-missionen. Forhindringer omfatter integration af elektronikken og fotonikken, hvilket gør den i stand til at modstå strålingen i det dybe rum, formindskelse af strømforsyningen, udvikling af en ultralille indbygget thruster … listen fortsætter.

Men selvom de tekniske udfordringer er reelle, er den største forskel mellem Starshot og mange andre interstellare projekter, at det ikke kræver ny fysik eller endda fundamentalt nye teknologier. Da Lubin udviklede ideen, sendte han detaljerne til kollegerne for at få feedback. Det var folk, der ville rive det i stykker, siger han. De mennesker, der ikke tager fanger og ikke har barmhjertighed og er fuldstændig trygge ved at sige: 'Din idiot!'... Jeg sagde: 'Vær venlig at ødelægge det her, for jeg er træt af at arbejde på det.' Til sidst sagde alle, jeg talte med , 'Nå, det burde virke.'

På det tidspunkt, hvor Breakthroughs tekniske eksperter undersøgte konceptet, var omridset solidt. Worden var begejstret. Vi var alle overbevist om, at dette var den første virkelig plausible interstellare teknologi, som vi kunne lave i vores levetid og ville være overkommelig, siger han.

Og selvom ikke alle problemerne bliver løst, er det umagen værd at løse nogle af dem, siger han. For eksempel ville det være en stor revolution at udvikle et fuldt kapabelt rumfartøj, der vejer mindre end et gram. Cubesats blev afvist af mange indtil for få år siden; nu er der konstellationer af dem. Chipsats, siger han, vil snart modnes og revolutionere videnskab og kommunikation. Billige, effektive laserarrays kan være nyttige til job som at skubbe rumskrammel af vejen. Og fremskridt inden for lette sejl ville gøre det muligt for rumfartøjer i mikroskala i vores eget solsystem at nå andre planeter på måneder, ikke år. Det kommer til at ændre vores forståelse af objekter i vores solsystem og søgen efter liv, siger Worden. Og kommercielt vil det være enormt værdifuldt, når man leder efter pladsressourcer.

Der er dog et problem, der ikke kan løses med teknologi: geopolitik. Lasere ville hjælpe med at drive solsejl frem, siger Joan Johnson-Freese, professor i nationale sikkerhedsanliggender ved US Naval War College, som også sidder i Breakthrough-bestyrelsen. Men når man begynder at tale om at affyre lasere, bliver folk meget nervøse.

Hun foreslår, at internationale aftaler sandsynligvis vil sikre den bredeste og mest fordelagtige brug af en så kraftig laser. Og rummets militære potentiale er ikke nyt: I dag betragtes alt, hvad Kina gør i rummet, for dobbeltbrug. Det samme gælder for USA, siger hun. Kina kunne fortolke alt, hvad vi gør, som truende.

En vej frem kunne være at demokratisere udforskningen. Historisk set har USA og andre supermagter domineret rummet, men Starshot kunne åbne det for lande, der ikke har adgang. En nation, der lancerede en flåde af chipsats, kunne få adgang til kommunikation, udforskning og kommerciel rekognoscering, der tidligere var uoverkommelige. Det er et sjældent projekt, der har så store teknologiske, videnskabelige, kommercielle og geopolitiske implikationer.

Michelle Groskopf

Det kræver noget omhyggelig tænkning, og også gennemsigtighed og muligvis internationalt samarbejde og samtaler på sigt, siger Lubin. Heldigvis har vi lidt tid, for vi implementerer ikke snart.

Så hvornår bliver Starshot realiseret? Et mål er at få sonder til Alpha Centauri inden 2061, 100-året for Yuri Gagarins banebrydende orbitalflyvning. Det er langt væk, næsten helt sikkert ud over Lubins levetid. Han siger, at projektet kun vil have en chance, hvis folk indser, at det er milepælsbaseret, en roadtrip med mange point undervejs.

Men den lange horisont betyder, at den får brug for penge. NASAs bidrag udløb i år. Andre kontanter er kommet fra en anonym filantrop. Og indtil videre er Breakthroughs finansiering endnu ikke ankommet.

Vi er en ny organisation, og vi er stadig i opstartsfasen, siger Worden og lover, at pengene kommer, når forhandlingerne mellem universiteter, entreprenører og tilsynsmyndigheder er afsluttet.

Det er et puslespil, men Lubin er ikke bange for lidt kompleksitet. Det er præcis, hvad hele denne bestræbelse handler om. Dette er ikke kun en engangsteknologi, siger han. Det er ikke kun oblater til stjernerne. Det er cubesats til Europa, eller mennesker til Mars hurtigt, eller evnen til at holde et rumfartøj i kredsløb længere i lav højde eller for at beskytte planeten mod eksterne trusler som asteroider. Hvis du ikke forstår hele bredden af ​​denne teknologi, så går du glip af skønheden i den transformation, den muliggør.

Kate Greene er essayist, digter og tidligere laserfysiker.

skjule