Skip to main content

Projekt medzihviezdneho letu započal - k Alfa Centauri laserovou nanoplachetnicou

Kategórie:
Aj keď pod váhou každodenného života majú ľudia tendenciu zabúdať na skutočnosť, že žijú na povrchu subtílnej sféry hmoty plaviacej sa nesmierne rozľahlým a neprebádaným vesmírom, nie všetci jedinci podliehajú tejto disproporcii zmýšľania. Aj vďaka tomu ľudstvo doposiaľ ešte nikdy nebolo tak blízko k uskutočneniu medzihviezdneho letu ako je v súčasnosti. Reálne kontúry získava predovšetkým vďaka dvom neštandardným osobnostiam - bývalému teoretickému fyzikovi, dnes technologickému investorovi a magnátovi Jurijovi Milnerovi (Ю́рий Ми́льнер) financujúcemu prvý realisticky uskutočniteľný a na existujúcich technológiách založený projekt medzihviezdneho letu, a autorovi technologickej idey, vizionárskeho a ešte i na smrteľnej posteli návrhmi prýštiaceho fyzika a hard-science-fiction spisovateľa Roberta Forwarda. Do programu sa priamo a aktívne zapojili i elity druhu Homo Sapiens, spomedzi iných spomeňme aspoň Freemana Dysona, Martina Reesa a Stephena Hawkinga, či po Milnerovi ďalšieho technomiliardára Marka Zuckerberga, pričom riaditeľom sa stal bývalý riaditeľ NASA Ames Research Center Pete Worden. Nasledujúce riadky obsahujú popis konkrétnych aspektov projektu a približujú argumenty, prečo je medzihviezdna výprava s plánovanou doposiaľ nevídanou rýchlosťou rovnou až 20% rýchlosti svetla prostredníctvom synergie vedecky a technologicky realistického konceptu a stomiliónovej finančnej investície viac na dosah než kedykoľvek predtým.
O rôznorodé koncepty medzihviezdnych letov nie je už niekoľko dekád žiadna núdza, a to zďaleka nie len vo sfére science-fiction. Niektoré dokonca budujú na existujúcej technológii (napr. nukleárny pulzný projekt Daedalus zo šesťdesiatych rokov minulého storočia, či projekt Longshot vypracovaný NASA v rokoch osemdesiatych), avšak žiaľ boli to megalomanské projekty, na ktoré sa evidentne a z vcelku pochopiteľných a pragmatických dôvodov nenašli a tak skoro ani nenájdu financie. Jeden koncept je však výnimočný - spája existujúce technológie s relatívne nízkou cenou. I vďaka tomu sa našiel ďalší pre realizáciu nevyhnutný atribút - investor. Je ním ruský technologický magnát, pôvodným vzdelaním teoretický fyzik, ktorý podľa vlastných slov bol sám zo seba ako fyzika sklamaný, a preto obrátil svoju pozornosť smerom, v ktorom sa cítil byť schopnejší - k technologickému businessu. A mal pravdu, v súčasnosti je miliardárom, človekom, ktorý získava ocenenia v časopisoch ako Forbes či Fortune. Pre ľudí inklinujúcich k fascinácii krásami vesmíru to nie je nič obdivuhodné ani pozoruhodné, keďže v povedomí ľudí asociácia materiálne bohatstvo a bohatstvo ducha odôvodnene nie je práve frekventovaná. Avšak - Milner nezabudol na svoju fascináciu vesmírom a fyzikou. A na rozdiel od štandardných miliardárov sa rozhodol nielen venovať pozoruhodnú sumu na vývoj (čo však nie je až tak úplne nevídané - spomeňme napr. investíciu spoluzakladateľa Microsoftu Paula Allena do SKA teleskopu či Elona Muska do SpaceX vo sfére komerčnej kozmonautiky), ale rozhodol sa financovať dokonca niečo s dlhodobejšou víziou, základnejším výskumom a nízkou okamžitou konečnou návratnosťou, a to s víziou natoľko dlhodobou, že doposiaľ ani vlády a výskumné agentúry týmto smerom svoje reálne úsilie viedli len zriedkavo a minimalisticky - medzihviezdne lety
 
Technológia smerujúca k hviezdam
Najpodstatnejšou otázkou je - aký koncept, aká technológia dovedie ľudstvo k cudzím hviezdam? Tu sa prejavila Milnerova pragmatická a racionálna povaha - žiadne monumentálne stovky a tisíce ton vážiace hviezdolety, žiadne prelomové technológie, žiadne mrhanie na (aspoň v prvej fáze) iracionálne zbytočnosti ako napr. presun podmienkam vo vákuu evolučne nevyvinutých a preto nesmierne háklivých ľudských fyzických schránok. Ak má byť cesta ku hviezdam reálna a na dosah, musí využívať existujúce technológie v dosiahnuteľných kvantitách/cene. Takúto koncepciu ponúkol už v roku 1985 Robert Forward, muž bystrej mysle, ktorého mozog diktoval manželke inováciou a fyzikálnym a technologickým optimizmom hýriace idey ešte aj vtedy, keď zvyšok jeho tela premohla rakovina a znemožňovala mu samému už písať. Stavajúc na práci ďalších vedcov (najmä maďarského fyzika Györgya Marxa) bol prvým, kto detailne prepracoval a navrhol realistickú kombináciu nanosonda, solárna plachta a laser ako zdroj energie. Jeho vízia aktualizovaná vo svetle najnovších pokrokov v technológiách sa teraz vďaka Milnerovi začala po uplynutí tretiny storočia uskutočňovať. 
Koncept je v podstate veľmi jednoduchý - nanosonda vážiaca iba jeden gram s rozmermi 1x1 centimeter a solárnou plachtou s priemerom približne 4 metre bude urýchlená pozemskou sadou laserov s individuálnym výkonom približne 10 kW rozmiestnených do matice o veľkosti 1x1 kilometer so sumárnym výkonom 100 GW.
Takéto riešenie má viacero výhod:
- miniatúrna robotická sonda s mizivou hmotnosťou drasticky redukuje nároky na energiu, vďaka čomu po desiatich minútach so zrýchlením 100 km/s2 (10 000 násobok pozemského tiažového zrýchlenia) dosiahne rýchlosť 60 000 km/s, t.j. 20% rýchlosti svetla. To jej umožní dostať sa ku Proxime Centauri za 20 rokov (plus 4 roky potrvá prijatie signálu z pozorovaní).
- po iniciálnom vyvinutí a skonštruovaní infraštruktúry (predovšetkým laserového zdroja) budú náklady na každú ďalšiu vyrobenú a vypustenú sondu veľmi nízke, za cenu nie viac než tisíc dolárov, čo ich umožní vyrábať a vysielať tisíce. Takouto redundanciou sa eliminujú aj riziká zlyhania či už z dôvodov zásahu medzihviezdnym prachom, mikrometeoroidom, kozmickým žiarením či odchýleniu magnetickým poľom, a ďalšími možnými príčinami. Pre úspech misie postačuje, aby k cieľu dorazila jedna sonda z tisícov.
nie sú potrebné žiadne prelomové technológie, žiadny nový typ pohonu. Lasery, solárne plachetnice (napr. japonská Ikaros), miniatúrne zariadenia, elektronika odolná voči preťaženiu až 10 000 násobne prevyšujúcemu pozemské tiažové zrýchlenie (používaná napr. vo vojenských penetrátoroch) - všetky technológie sú k dispozícii.
Tieto charakteristiky boli hlavným dôvodom, prečo si Milner zvolil financovanie práve tohto konceptu, pričom projekt nazval Breakthrough Starshot. Na jeho prvé štádium venoval 100 miliónov dolárov, ktoré umožnia uskutočniť proof of concept. Na uskutočnenie celej misie sa predpokladajú náklady neprevyšujúce sumu najväčších vedeckých projektov súčasnosti (ako napr. LHC či ITER). Ďalších 100 miliónov dolárov venoval sesterskému projektu Breakthrough Listen (hľadanie signálov prípadných mimozemských civilizácií, doposiaľ najpodrobnejší a najkomplexnejší prieskum milióna hviezd Galaxie v rádiovej a viditeľnej časti spektra) a súčasťou programu je i multimiliónový projekt Breakthrough Watch slúžiaci na rozvoj pozorovacej techniky zameranej na detekciu exoplanét podobných Zemi. 
 
Základné charakteristiky interstelárneho nanoplavidla
1. pohon: externým zdrojom (pozemské laserové pole) poháňaná solárna plachta
2. priebeh letu: počiatočné urýchlenie počas desiatich minút, zvyšok cesty let zotrvačnosťou, minimálne brzdenie v cieli (t.j. prelet okolo cieľa, podobne ako nedávno uskutočnená medziplanetárna misia New Horizons okolo Pluta - solárna plachta v cieli zbrzdí plachetnicu iba zanedbateľne. O niečo väčší efekt by malo využitie magnetického poľa cieľovej hviezdy, nie je to však cieľom, keďže každá z tisícov sond strávi v pre pozorovania užitočnej vzdialenosti asi 14 hodín, čo dohromady dáva pozorovací čas desiatok tisíc hodín aj bez brzdenia. Pre zabezpečenie rýchleho letu a nízkej ceny je to prospešný kompromis, keďže brzdné techniky by sondu predražili a citeľne by predĺžili i trvanie putovania k cieľu).
3. miniatúrne rozmery samotnej sondy (bez plachty) 1x1 cm, hmotnosť 1 gram, solárna plachta pravdepodobne štvorcového tvaru s rozmermi 4x4 metre, prípadne kruhového tvaru s priemerom 4 metre
4. funkčné komponenty:
a) 4 mikrokamery - rozlíšenie minimálne 2 megapixely, citlivosť na optickú a infračervenú časť spektra
b) 4 mikrorakety (slúžiace iba na korekciu trajektórie a priestorovej orientácie počas letu) - jeden gram vážiaca sonda letiaca k cieľu dlhé roky potrebuje primerane subtílny zdroj ťahu - postačujúce budú štyri laserové diódy s pulzným výkonom 1W.
c) 4 procesory - štandardný zdroj CPU výpočtového výkonu
d) solárna plachta s priemerom cca 4 metre, vyrobená z grafénu a dielektrického materiálu (schopného dynamicky meniť odrazivosť), slúžiaca súčasne i ako anténa pre komunikáciu a prenos fotografií na Zem
e) termoelektrická izotopická batéria (tzv. RTG - Radioisotope Thermoelectric Generator) - pre účely zdroja energie je vhodné dnes široko používané plutónium-238 (okrem batérií v kozmickom výskume bolo použité dokonca aj v kardiostimulátoroch, pokles výkonu 0.787% za rok, výkon 0.54 W/g), do úvahy pripadá aj amerícium-241 (približne dvakrát menší výkon, avšak štyrikrát dlhšia životnosť a lepšia dostupnosť/nižšia cena, keďže je na rozdiel od plutónia súčasťou bežného rádioaktívneho odpadu zo štiepnych reaktorov). Limit na hmotnosť batérie je stanovený na 150 mg, čo poskytne sonde príkon rádovo v desiatkach miliwattov.  
 
Prvé testy prototypov vo vesmíre 
 
23. júna 2017 boli na obežnú dráhu Zeme (pripojené k družici nemeckej firmy OHB System AG nazvanej Max Valier a k ďalšej družici nemeckej Univerzity aplikovaných vied v Brémach pod názvom Venta) v nákladovom priestore nosiča Polar Satellite Launch Vehicle (PSVL) vlastneného Indickou organizácou pre výskum vesmíru (ISRO) úspešne vypustené prvé čiastkové prototypy budúcich sond, tzv. Sprites (päť exemplárov na satelite Max Valier a jeden na satelite Venta), ktoré sa s rozmermi 3.5x3.5 cm a hmotnosťou štyri gramy stali najmenšími doposiaľ vypustenými satelitmi vo vesmíre. Slúžia zatiaľ predovšetkým na overenie komunikácie, funkčnosti mikrosenzorov a správnosti zvolenej cesty miniaturizácie. Rádiová komunikácia prebieha s pozemnými stanicami v Kalifornii a New Yorku, a potvrdila dizajnované vlastnosti a očakávania. Sprites nemajú zatiaľ solárnu plachtu, keďže sú zatiaľ len prvým parciálnym krokom postupného vývoja. Koncept slnečnej plachetnice však už overený bol, konkrétne v roku 2010 bola vypustená japonská medziplanetárna sonda Ikaros, ktorá úspešne dorazila k Venuši, potvrdiac tak reálnu využiteľnosť pasívneho fotónového pohonu. Rovnako i izotopické zdroje energie sú široko používané - spomeňme aspoň Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Cassini, New Horizons, marťanský rover Curiosity, marťanské pristávacie moduly Viking, či niektoré prístroje v programe Apollo.
Pre terminologickú zaujímavosť - keďže pojem 'nanosatelit' sa udomácnil pre družice s hmotnosťou niekoľkých kilogramov, tak Sprites sú - pridŕžajúc sa inšpirácie SI sústavou - nazývané pojmom 'femtosatelit'.    
   
Najdôležitejšie výzvy
Správnym prístupom je byť vždy skeptický, pochybovať, preverovať, kriticky premýšľať, nepodliehať zbytočne iracionálnemu a faktami nepodloženému nadšeniu. Koncept však existuje už desiatky rokov, bol teda dostatok času na vznesenie a skoncipovanie základných výhrad a výziev. Keďže technológie sa navyše vyvíjajú míľovými krokmi, projekt Starshot sa zaoberá konceptom z nových pohľadov v kontexte súčasného stavu technológií. Vedci a technici neidentifikovali žiadne kľúčové prekážky brániace uskutočneniu konceptu. Uskutočniteľnosť s využitím existujúcich technológií však prirodzene ešte neznamená, že skonštruovať a vypustiť nanoplachetnice bude možné už zajtra. Ako pri každom novátorskom projekte - či už ide o mosty, tunely, mrakodrapy, lode, lietadlá, či kozmické sondy - bude potrebné zdokonaliť a vyriešiť nejeden technologický problém a úskalie. Bezpochyby pri dobývaní vesmíru obzvlášť platí príslovečné "per aspera ad astra" - cez prekážky k hviezdam. Najväčšia pozornosť sa venuje otázkam, z ktorých niektoré sú vymenované v nasledovných riadkoch - obsiahly zoznam iba demonštruje, že vedci sa venujú problematike podrobne a komplexne. Body sú rozdelené podľa logických celkov, následkom čoho niektoré spolu súvisia, či sa navzájom dopĺňajú. V záujme poskytnutia konkrétnejších faktov je kapitole venovanej o niečo viac priestoru než zvyšným, pričom pri každom bode je uvedený aj priamy hyperlink na podrobnejšie informácie vrátane odkazov na vedecké články.
1. komponenty - fotónový korekčný pohon
Na drobné korekcie dráhy a orientácie budú slúžiť laserové diódy využívajúce Newtonov zákon akcie a reakcie pre hybnosť fotónov danej známou Einsteinovou a Planckovou rovnicou E2 = m2c4 + p2c2 = (hν)2, kde E je energia, m pokojová hmotnosť, c rýchlosť svetla, p hybnosť, h Planckova konštanta a ν frekvencia fotónov. Podobné diódy s hmotnosťou menšou než jeden gram, výkonom 1W a nízkou cenou sú už dnes bežne k dispozícii.  Navyše, každé dva roky sa pomer výkonu a hmotnosti zdvojnásobuje.  
2. komponenty - kamery
Podobne ako pri diódach, aj optické senzory s hmotnosťou menšou než jeden gram a rozlíšením 2 megapixely a nízkou cenou sú už dnes bežne k dispozícii. I v tejto oblasti je trendom zdvojnásobenie pomeru rozlíšenia k hmotnosti približne každé dva roky. Moderné pokroky v zobrazovacej technike umožňujú dokonca už i úplné vynechanie použitia zaostrovacích šošoviek, čo len ďalej zníži hmotnosť komponentu.  
3. komponenty - procesory
Ako isto čitateľa nie je potrebné osobitne presviedčať (stačí poťažkať smartphone v ruke), miniatúrne mikroprocesory s nízkou spotrebou energie za nízku cenu sú bežnou súčasťou moderného sveta. I tu je empiricky pozorovaná tendencia zdvojnásobovania pomeru výkon/hmotnosť každé dva roky. 
4. komponenty - batéria
Dizajn batérie je dobre známy a používaný rádioizotopový zdroj. Limit na hmotnosť si projekt stanovil na 150 mg (vrátane ultrakapacitoru), čo bude limitovať výkon na niekoľko desiatok mW. Ďalšou možnosťou získania energie pre napájanie prístrojov sondy je energia medzihviezdnych protónov a elektrónov, ktoré budú poskytovať tepelný príkon cca 20 mW/cm2.  Ak by sa navyše podarilo aplikovať fotocitlivú vrstvu na solárnu plachtu pri dodržaní hmotnostného limitu, tak by sa pri prelete dosiahla vyššia prenosová rýchlosť dát na Zem - nie nevyhnutnosť, ale benefit by bol citeľný.  
5. komponenty - ochranná vrstva
Na ochranu proti kolízii elektroniky s prachovými časticami a erózii spôsobenej atomárnymi časticami medzihviezdnej hmoty, ale i na ochranu pred intenzívnym laserovým lúčom počas urýchľovania bude slúžiť ochranná mikrovrstva zo zliatiny berýlia a medi, alebo karbónový aerogel, a taktiež geometrická optimalizácia (tvar sondy bude pretiahnutý, pričom bude orientovaná užšou časťou v smere letu, čo minimalizuje poškodenie a súčasne i hmotnosť potrebnej ochrannej vrstvy). Solárna plachta z grafénu, ktorý má vďaka vlastnostiam uhlíkových atómov experimentálne preukázanú a overenú samozaceľovaciu schopnosť, a s hrúbkou iba niekoľko desiatok nanometrov, bude voči impaktom veľmi odolná. Vzhľadom na relativistickú rýchlosť majú aj obyčajné vodíkové jadrá medzihviezdneho plynu energiu desiatok MeV, vystavujúc plavidlo ostreľovaniu porovnateľnému s vystavením časticiam v urýchľovačoch (teda aj obyčajné jadro vodíka je pre plavidlo de facto vysoko rádioaktívne), nehovoriac o zrnkách prachu. Predpokladalo sa teda, že pre akýkoľvek medzihviezdny let pôjde o najzávažnejší problém - nedávne vedecké práce, technické návrhy a merania hustoty medzihviezdneho prostredia však ukazujú, že dôležitosť bola preceňovaná a situácia bude citeľne lepšie zvládateľná.  
6. solárna plachta - integrita počas urýchlenia
Pri uvažovanom výkone laseru 100 GW sa pri dizajnovanej absorpcii 10-5 energie v plachte pohltí cca 60 kW/m2, čo je približne 60 krát viac, než je intenzita slnečného žiarenia vo vzdialenosti Zeme. Materiál plachty na báze grafénu (teplota sublimácie vo vákuu je viac než 3500 stupňov Celzia) takáto absorpcia síce zahreje, avšak nepoškodí ani neodparí, navyše, použitím dielektrického povrchu v laboratóriách už bola dosiahnutá absorpcia na úrovni iba 10-9
7. solárna plachta - štruktúra
Solárna plachta vyžaduje podpornú štruktúru, ktorá ju bude udržiavať v želanom tvare, odolávať interakcii s medzihviezdnym prostredím a ideálne bude schopná i modifikovať tvar plachty, čo pri subgramovom hmotnostnom limite umožňuje viacero predovšetkým kompozitných grafénových materiálov, schopných meniť svoj tvar v závislosti od elektrického napätia. Alternatívou, či doplnkovým riešením, je použitie rotácie udržujúcej plachtu v želanom tvare tak, ako to čiastočne využila aj japonská slnečná plachetnica Ikaros pri lete na Venušu, čo by navyše pomohlo eliminovať i vplyv nehomogenít plachty pri urýchľovaní (viď nasledujúci bod 8).  
8. solárna plachta - stabilita na laserovom lúči
Pri vypustení bude počas desiatich minút nanoplachetnici doručená energia rádovo 1 TJ (bilión joulov - pre porovnanie, lietadlová loď USS Gerald R. Ford s hmotnosťou stotisíc ton v plnej výbave plaviaca sa maximálnou rýchlosťou (56 km/hod) má kinetickú energiu 12 GJ, teda takmer stokrát menšiu). Akákoľvek nestabilita môže vyvolať destabilizáciu či nekontrolovateľnú rotáciu plachty a stratu efektivity, až zmarenie vypustenia. Stabilita bude zabezpečená viacerými faktormi:
- fázou a nerovnomerným rozložením výkonu laserov, respektíve hustotou zacielenia ich energie (najväčšia bude na okrajoch plachty)
- adaptívnou optikou reagujúcou na nehomogenity atmosféry (podobný princíp využívajú i dnešné ďalekohľady)
- dielektricky ovládanou odrazivosťou a absorpciou a teda reguláciou sumárneho tlaku fotónov na materiál plachty (dielektrické materiály sú štandardne používané)
- vhodným tvarom solárnej plachty zabezpečujúcej tlmenie nestabilít pozitívnou spätnou väzbou (t.j. keď sa plachta odchýli od stabilnej konfigurácie, geometriou indukované sily plachtu vrátia do korektnej polohy - pre tieto účely simulácie poukazujú na vhodnosť kužeľovitého tvaru).
Výroba grafénu ako aj optických povrchov je dnes vysoko vyspelá, s presnosťou rádovo v desiatkach nanometrov (miliardtín metra), poskytujúc tak vysokú homogenitu použitého materiálu. 
9. laserový zdroj - zacielenie
Počas desiatich minút urýchlenia je potrebné mať zacielený laserový lúč na plochu s priemerom štyroch metrov až do vzdialenosti približne dvoch miliónov kilometrov (čo zodpovedá uhlu 0,4 tisíciny oblúkovej sekundy), v ktorých sa bude plavidlo nachádzať na konci urýchlenia. Fyzikálna vlastnosť zvaná difrakcia určuje rozmer laserového poľa, pri ktorom je takého zacielenie možné uskutočniť - 1 kilometer štvorcový. 
10. laserový zdroj - atmosféra
Keďže laserové pole bude umiestnené na zemskom povrchu, situáciu bude komplikovať atmosféra. Konkrétne bude spôsobovať dva efekty - absorpciu (zníženie množstva prenesenej energie), a zníženie kvality lúča (rozostrenie jeho zacielenia). Riešení ja viacero:
- adaptívna korekcia tisícok laserov (počítač interaktívne sleduje stav atmosféry pomocou kalibračného laserového lúča a s frekvenciou tisícin sekundy koriguje zameranie jednotlivých laserov na cieľ)
- voľba vhodnej vlnovej dĺžky lasera (~1 mikrometer), ktorá je zvolená nielen pre maximálnu odrazivosť solárnej plachty, ale i kvôli extrémne dobrej priepustnosti atmosféry v tejto vlnovej dĺžke, presahujúcej 90%
- umiestnenie laserového poľa vo vysokej nadmorskej výške, ako je štandardom i pri astronomických ďalekohľadoch či detektoroch. 
11. štartovací komplex - výroba a uskladnenie energie 
Laserové pole s výkonom 100 GW umiestnené vo vysokej nadmorskej výške si vyžiada vybudovanie infraštruktúry na produkciu, prenos a uskladnenie veľkého množstva energie použiteľného v krátkom čase. Nejde však o čísla presahujúce možnosti súčasnej technológie - práve ambiciózne no stále realistické nároky na energiu sú jednou z hlavných výhod poskytnutých minimálnou hmotnosťou nanoplachetnice.
12. vypustenie - udržiavanie zamerania na solárnu plachtu 
Rotácia zemského povrchu, nestability laserového lúča, nehomogenity fyzikálnych síl a zahrievania pôsobiacich na solárnu plachtu, atmosférické efekty - to všetko bude musieť byť interaktívne zahrnuté do korekcií zamierenia laserového lúča na plachtu. Možnosti interaktívnych korekcií optiky sú však už i dnes obdivuhodné, keď napríklad pozemský teleskop dokáže eliminovať nehomogenity atmosféry do tej miery, že obraz je porovnateľný, až lepší, než obraz z orbitálnych teleskopov. 
13. vypustenie - precízne určenie polohy cieľovej exoplanéty 
Väčšina plachetníc by mala preletieť maximálne jednu astronomickú jednotku (150 miliónov km) od cieľovej planéty, čo kladie značné nároky na presnosť dráhy voči všetkým telesám, ktoré ju môžu po ceste ovplyvniť. Čo však nedokáže zabezpečiť precízny relativistický výpočet dráhy, skorigujú fotónové korekčné  laserové diódy, ktorými sonda disponuje.  
14. vypustenie - chladenie laseru
Chladenie laserov bude dôležitým elementom, realizovateľným však s dostupnými konvenčnými technológiami.
15. vypustenie - bezpečnosť a objekty v ceste laserového lúča 
Koncentrácia lúčov je háklivou záležitosťou už i v obyčajných solárnych termoelektrárňach (napríklad slnečná elektráreň Ivanpah v Kalifornii zabije každý rok stovky až tisícky vtákov, ktoré sú zaživa spálené pri náhodnom prelete lúčom koncentrovaným na centrálny kolektor žiarenia - pričom priemerná koncentrácia energie je vyššia než bude intenzita žiarenia z laserového poľa projektu Starshot). Letiaci vták, lietadlo či objekt na zemskej orbite môžu ovplyvniť či zmariť úspešné vypustenie sondy, nehovoriac o environmentálnom dopade takýchto neželaných interakcií. Odstrašenie vtákov, vysoká nadmorská výška, adaptívna optika, precízna koordinácia s letovou a orbitálnou prevádzkou, ako i mnohopočetnosť a nízka cena samotných štartov však robia z tohto problému fakt, ktorý musíme mať na zreteli, nie však zásadného významu.  
16. vypustenie - bezpečnosť a vesmírny odpad 
Vesmírny odpad bude štatisticky znižovať úspešnosť vypustenia, avšak v tolerovateľnej miere (i vzhľadom na viackrát zmieňovanú nízku cenu samotných štartov). Uskutoční sa tiež zlepšenie mapovania existujúcich trosiek na obežnej dráhe (v súčasnosti katalógy obsahujú objekty nad 10 cm, cieľom je zmapovať dráhy už od veľkosti 1 cm).
17. cesta - medzihviezdny prach 
Podľa odhadov hustoty prachu v medzihviezdnom prostredí každý centimeter štvorcový plachetnice orientovaný v smere letu bude terčom približne tisícky impaktov prachových zrniek s priemerom desatiny mikrometra. Pravdepodobnosť stretu s čiastočkou s priemerom jedného mikrometra je však už desaťkrát menšia, a stret s ešte väčšími čiastočkami sa stáva prakticky zanedbateľným. Ako už bolo popísané v bode 5, geometrická orientácia sondy 'bokom' k smeru letu minimalizuje jej účinný prierez a plochu vystavenú impaktom, ktorá bude navyše chránená ochrannou vrstvou. Doplnkovým riešením je dizajnovanie elektroniky s čo najväčšou redundanciou (t.j. i v prípade poškodenia jednej časti jej funkciu aspoň čiastočne prevezmú iné či záložné komponenty). Ak i napriek tomu dôjde k nevratnému poškodeniu či zničeniu sondy nezvyčajne veľkou a teda štatisticky málo pravdepodobnou čiastočkou prachu, tak takouto deštrukciou bude postihnutá iba malá časť z vyslaného roja. 
18. cesta - medziplanetárny prach 
Keďže Proxima Centauri leží mimo roviny ekliptiky (obehu Zeme okolo Slnka), medziplanetárny prach v Slnečnej sústave bude omnoho menej podstatným rizikovým faktorom než prach medzihviezdny. Množstvo a distribúcia prachu v sústave Proximy je zatiaľ neznáma. 
19. cesta - udržiavanie funkčnosti počas desaťročí vo vesmíre 
Udržiavanie funkčnosti počas dvadsiatich rokov cesty bude nepochybne náročnou úlohou, avšak skúsenosti so životnosťou zariadení v drsnom prostredí kozmického priestoru sú pozitívne, spomeňme aspoň Voyager 1 a 2, ktoré pracujú už štyridsať rokov, dokonca už i mimo ochrany slnečného vetra a magnetického poľa. 
20. prelet - zamierenie kamery na cieľovú planétu 
Počas preletu v cieľovej sústave bude musieť byť plachetnica orientovaná správnym smerom, na čo budú slúžiť gyroskopy, kamery, fotónové korekčné motorčeky a solárna plachta, berúc do úvahy i vysokú rýchlosť sondy. Planéta bude dostatočne jasná, aby ju kamery a optický software správne rozpoznali. Navyše, nie všetky vyslané sondy budú mať za cieľ iba planétu - alternatívnymi cieľmi bude i meranie magnetického poľa či prípadných vzdialenejších objektov v sústave Proximy.  
21. komunikácia - nasmerovanie vysielača na Zem
Zameranie Zeme pre účely prenosu dát zo sondy nebude komplikované, keďže Slnko je pri pohľade z Alfa Centauri systému jednou z najjasnejších hviezd na oblohe, a jeho polohu vieme presne vypočítať (takto vyzerá obloha z Proximy). Software využívajúci kamery na optickú orientáciu je už i dnes bežnou súčasťou zariadení. Využiť je možné aj orientáciu na základe laserového signálu zo Zeme. 
22. komunikácia - vysielanie obrázkov laserom využívajúc solárnu plachtu ako anténu
Obrázky cieľovej planéty budú vysielané laserom s výkonom 1 W, pracujúcim v impulznom režime, pričom solárna plachta bude laserový signál usmerňovať. Frekvencia lasera bude musieť byť nižšia než frekvencia použitá pri štarte, keďže je potrebné brať do úvahy relativistickú rýchlosť vzďaľovania sondy od Zeme. Prenosová rýchlosť bude závisieť od energie, ktorú bude mať plachetnica k dispozícii, po prelete však môže pokračovať vo vysielaní takmer bez obmedzenia (podobne i v prípade sondy New Horizons po prelete okolo Pluta trval prenos údajov ešte niekoľko nasledujúcich mesiacov).
23. komunikácia - prijímanie obrázkov s laserovým poľom 
Experimenty uskutočnené na prestížnych MIT Lincoln Laboratory a v Jet Propulsion Laboratory ukázali, že je možné zachytiť dokonca i jednotlivé fotóny vyslané lasermi z veľmi veľkých vzdialeností.  
 
Prvotný cieľ - Proxima Centauri b
Objav planéty obiehajúcej okolo k Slnku najbližšej hviezdy po dlhšom pozorovaní, analyzovaní a overovaní oznámila v auguste roku 2016 skupina vedcov z European Southern Observatory. Planéta má hmotnosť minimálne 1.3 a maximálne 3 hmotnosti Zeme. Keďže bola objavená metódou radiálnej rýchlosti (t.j. meraním odchýlok v spektre spôsobených periodickým vzďaľovaním a približovaním hviezdy vplyvom gravitácie okolo nej obiehajúcej planéty - pre predstavu, ide o hodnoty približne 2 m/s), niektoré parametre dráhy nie je možné týmto prístupom zistiť. Preto zatiaľ nepoznáme sklon dráhy smerom k pozemskému pozorovateľovi a následne ani presnú hmotnosť planéty. Polomer planéty je rovnako možné iba odhadovať. Práve na zlepšenie znalosti parametrov slúži aj zmienený projekt Breakthrough Watch, ktorého súčasťou je aj upgrade detektorov na ďalekohľade VLT. V každom prípade, polomer dráhy planéty okolo Proximy poznáme s dostatočnou presnosťou, vďaka čomu vieme, že planéta leží v tzv. obývateľnej zóne, t.j. pri vhodných atmosférických podmienkach môže na jej povrchu existovať voda v tekutom skupenstve.
Obrázok: umelecká vizualizácia povrchu planéty Proxima Centauri b. V popredí na oblohe červená Proxima, v pozadí zvyšní dvaja členovia trojhviezdy - Alfa Centauri A a Alfa Centauri B, ktoré sú na oblohe planéty vďaka svojej jasnosti neprehliadnuteľnými objektmi i počas dňa. Planéta s hmotnosťou iba o niečo väčšou než hmotnosť Zeme leží na stabilnej dráhe v obývateľnej zóne, či však má atmosféru a tekutú vodu na povrchu zatiaľ nevieme - červené trpaslíky neposkytujú príliš priaznivé predpoklady pre rozvoj života. Nič to však nemení na fakte, že Proxima Centauri b je vynikajúcim počiatočným cieľom pre pripravovanú medzihviezdnu misiu.
Je však nutné pripomenúť, že červené trpaslíky, jedným z ktorých je aj Proxima, nie sú práve najvhodnejšie materské hviezdy pre udržiavanie života pozemského typu na svojich planetárnych spolupútnikoch. Nepriaznivými sú napríklad silné protuberancie/výrony plazmy a röntgenové erupcie, ktorými sa aj Proxima vyznačuje. Tie môžu náhle dočasne zvýšiť výkon hviezdy až osemnásobne (pre porovnanie - u Slnka protuberancie zvyšujú jeho výkon o maximálne desatiny percenta) a zaplavovať povrch planéty smrtiacim žiarením štyristokrát intenzívnejším a slnečným vetrom dokonca až dvetisíckrát presahujúcim bežné hodnoty, ktorým je vystavená Zem od svojej materskej hviezdy. Problémom je i ďalší dôsledok nízkej vzdialenosti planéty od Proximy - vplyvom slapových síl bude s veľkou pravdepodobnosťou totiž rotovať tzv. viazanou rotáciou, podobne ako je Mesiac k Zemi privrátený vždy (takmer - s odchýlkou cca 5%) tou istou stranou. Následné prehrievanie na privrátenej a zamŕzanie na odvrátenej strane môže viesť až ku kondenzácii a postupnej strate atmosféry. 
Na druhej strane, život sa môže účinne chrániť pred žiarením pomocou organických či prírodných krytov (napr. v podzemí), a viazaná rotácia môže mať stabilnú alternatívnu formu tzv. rezonančného obehu, pozorovaného aj v slnečnej sústave. Pri nej by sa napr. počas dvoch rotácií okolo Proximy planéta otočila trikrát okolo svojej osy, čo by znamenalo dĺžku "dňa" na povrchu planéty rovnú približne pozemskému týždňu - dostatok na to, aby sa povrch zohrieval rovnomerne. Navyše, do úvahy je potrebné brať skutočnosť, že i pozemský život už neraz vedcov prekvapil svojou odolnosťou a schopnosťou prežiť aj v nepredstaviteľne nepriaznivých podmienkach. Spomeňme aspoň termofilné mikroorganizmy Methanopyrus kandleri žijúce a rozmnožujúce sa bez prístupu kyslíka vo vode s teplotou 122 °C (prežili aj pri 130 °C), baktérie Deinococcus radiodurans, ktoré vďaka svojim obdivuhodným molekulárnym procesom dokážu prežiť dávku radiácie desaťtisíckrát prevyšujúcu pre človeka smrteľnú dávku, či široké spektrum litotrofných a heterotrofných baktérií, ktoré nepotrebujú kyslík ani atmosféru, ale žijú v zemskej kôre, živiac sa sírou či ďalšími anorganickými chemickými zdrojmi energie. Rovnako by sme sa mali vyhýbať antropocentrickému či terracentrickému spôsobu myslenia - pozemský život nemusí byť jedinou realizovateľnou formou entropiu znižujúcej formy hmoty a jeho mimozemské alternatívy môžu byť ešte podstatne rôznorodejšie a prispôsobivejšie než nám známy pozemský prototyp. V každom prípade, ako najbližšia planéta s hmotnosťou porovnateľnou s hmotnosťou Zeme by bola i bez existencie atmosféry či života Proxima Centauri b rozhodne nesmierne zaujímavým, atraktívnym a potenciálne prelomovým cieľom hodným prvej medzihviezdnej misie ľudstva. Prirodzene, celé roje ďalších plachetníc môžu byť vyslané aj k množstvu ďalších cieľov v našom bezprostrednom hviezdnom okolí, vrátane systémov s planétami.     
 
Záver     
Žijeme v dobe prelomových objavov - odhaľujeme ešte prednedávnom nepredstaviteľné tisícky exoplanét, mnohé o veľkosti Zeme; nové materiály a molekulárne konfigurácie s exotickými vlastnosťami posúvajú technologické možnosti ľudstva; sme svedkami stavby ďalekohľadov s dychberúcimi vlastnosťami rozširujúcimi náš objaviteľský potenciál. A po prvýkrát sa stávame i svedkami v reálnych kontúrach sa črtajúcich medzihviezdnych letov. Je súčasne potešujúce, že moderná doba prináša i jav vedeckej filantropie, spôsobený internetovou a technologickou fázou histórie, kde sa k signifikantným finančným zdrojom dostávajú ľudia s vedeckým či technickým vzdelaním, pre ktorých je pokrok ľudstva prinajmenšom rovnako dôležitý než vlastné záujmy (alebo je jednoducho ich súčasťou), ľuďmi, ktorí hľadia ďalej než len po koniec vlastného života či života svojich detí a vnukov. Tešme sa, že máme možnosť zadržiavať dych od nadšenia, či sa úsilie ľudstva dotknúť sa hviezd posunie o výrazný skok vpred a či sa už i my dožijeme prvej medzihviezdnej výpravy a prvých fotografií iných planét a svetov s vysokým rozlíšením. Bola by to dôležitá súčasť evolúcie druhu Homo Sapiens, spolu s druhým kľúčovým pilierom - realizáciou ľahkého prieniku do vesmíru formou nízkonákladového vypúšťania objektov (viď samostatný článok) na samotnú obežnú dráhu Zeme.
Pretože naša planéta tu vďaka prírodným zákonom nebude navždy (viď napr. záver článku o farbe rastlín), a ak nechce ľudstvo z dlhodobého hľadiska stagnovať či degenerovať, skôr či neskôr potrebuje osídliť iné planéty a šíriť tak - verme, že tie pozitívne aspekty - pozemského života ďalej do vesmíru. Bez preháňania sa tiež isto dá konštatovať, že aktívny prístup k relativistickému cestovaniu vesmírom je bezpochyby účinnejší, než podľa aktuálnych výpočtov a pozorovaní pasívne čakanie 1,35 milióna rokov na priblíženie hviezdy Gliese 710 na rekordne blízku vzdialenosť 0,2 svetelného roka k Slnku.
 
Bližšie informácie:
Breakthrough Initiatives - Project Starshot 
vnútri uvedené množstvo sekundárnych citácií, predovšetkým:
zoznam technologických výziev 
- definícia základného konceptu (online PDF NASAarXiv.org
- zoznam vedeckých prác, na ktorých je projekt založený.   
 

 

Your rating: Žiadna Average: 5 (4 votes)