画期的なスターショットをブレーキングするための新しいコンセプト

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2016年4月、ロシアの億万長者ユーリミルナーは画期的なスターショットの作成を発表しました。彼の非営利科学組織(画期的なイニシアチブとして知られています)の一部として、スターショットの目的は、私たちの人生の中で最も近い星系であるアルファケンタウリ(別名:リゲルケンタウルス)に到達できるライトセールナノクラフトを設計することでした。

スターショットのコンセプトの背後にある科学者とエンジニアは、創業以来、そのようなミッションが直面するであろう課題に取り組むことを目指してきました。同様に、そのような概念がどのように機能するかについても提案をした科学界には多くの人がいます。最新のものは、マックスプランクソーラーシステムリサーチ研究所によるもので、2人の研究者が、目的地に到達したときに速度を落とす新しい方法を考案しました。

要約すると、Starshotのコンセプトには、ライトセイルに牽引される小さなグラムスケールのナノクラフトが含まれます。地上のレーザーアレイを使用すると、このライトセイルは約60,000 km / s(37,282 mps)の速度、つまり光の速度の20%に加速されます。この速度で、ナノクラフトは私たちに最も近い星系、つまり4.37光年離れたアルファケンタウリにたった20年で到達できます。

当然、これには多くの技術的課題があり、星間塵との衝突の可能性、ライトセールの適切な形状、レーザーアレイに電力を供給するための純粋なエネルギー要件などがあります。しかし、同様に重要なのは、そのような船が目的地に到達したときに、どのように減速するかという考えです。破壊エネルギーを適用するための反対側にレーザーがない場合、クラフトはシステムの研究を始めるのに十分な速度で減速しますか?

RenéHeller氏とMichael Hippke氏が彼らの研究で取り上げたのはまさにこの質問でした。「高速星間光子帆の減速はAlpha Centauriの束縛軌道へ」ヘラーは宇宙物理学者であり、現在、次のPLAnetary Transits and Oscillations of Stars(PLATO)ミッションの準備でESAを支援しています。宇宙飛行士は、宇宙ビジョンプログラムの一部として配備されています。

2人は、ITの専門家であるMichael Hippkeの助けを得て、星間ミッションがAlpha Centauriに到達し、到着時に優れた科学的利益をもたらすために何が必要かを検討しました。宇宙船が瞬く間にシステムをオーバーシュートしないように、到着したらブレーキ操作を行う必要があります。彼らが彼らの研究で述べているように:

「このような星間探査機は、打ち上げから20年後にプロキシマに到達できますが、推進剤を減速させなければ、数時間以内にシステムを通過します。ここでは、恒星トリプルAlpha Cen A、B、およびC(Proxima)の恒星光子圧力を、重力アシストと一緒に使用して、地球からの太陽入射帆を減速する方法を示します。」

HellerとHippkeは、計算のために、重量が100グラム(3.5オンス)未満で、表面積が100,000m²(1,076,391平方フィート)の帆に取り付けられると推定しました。これらが完了すると、Hipkeはそれらを一連のコンピューターシミュレーションに適合させました。彼らの結果に基づいて、彼らはレーザーの必要性を完全に排除する全く新しいミッションのコンセプトを提案しました。

本質的に、彼らの改訂されたコンセプトは、それ自身の推進力と停止力を提供する自律型アクティブセイル(AAS)クラフトを要求しました。この船は、太陽系にいる間に帆を展開し、太陽の太陽風を使って高速に加速します。アルファケンタウリシステムに到達すると、帆を再配置して、アルファケンタウリAとBからの入射放射線が減速するようにします。

この提案されたマニューバの追加ボーナスは、クラフトがアルファケンタウリシステムを効果的に探索できるポイントまで減速された後、これらの星からの重力アシストを使用してプロキシマケンタウリに再ルーティングできることです。そこに着くと、地球に最も近い太陽系外惑星であるプロキシマbの最初の近接探査を実施し、その大気と表面の状態がどのようなものかを判断できます。

この惑星の存在が最初に2016年8月にヨーロッパ南天天文台によって発表されて以来、それが居住可能であるかどうかについて多くの推測がありました。それを調べて証拠となるマーカーをチェックする使命(実行可能な大気、磁気圏、表面の液体の水)があれば、その議論は確実に解決するでしょう。

ヘラーがマックスプランクインスティテュートのプレスリリースで説明したように、このコンセプトには多くの利点がありますが、トレードオフのシェアが伴います。少なくともアルファケンタウリに到達するまでの時間はそうではありません。 「私たちの新しい使命の概念は、高い科学的利益をもたらす可能性がありますが、私たちの孫の孫だけがそれを受け取るでしょう」と彼は言った。一方、Starshotは数十年のタイムスケールで機能し、1つの世代で実現できます。したがって、Starshotの長期的なフォローアップコンセプトを特定した可能性があります。」

現在、HellerとHippkeは、Breakthrough Starshotと彼らのコンセプトについて話し合い、それが実行可能かどうかを確認しています。彼らの研究を見た一人は、ハーバード大学のAvi Loeb教授、Frank B. Baird Jr.科学教授、およびBreakthrough Foundationの諮問委員会の委員長です。彼が電子メールでSpace Magazineに伝えたように、HellerとHippkeによって提案されたコンセプトは検討に値しますが、その制限があります:

「宇宙船をスターライト(および重力アシスト)で減速させることができる場合、そもそも同じ力で宇宙船を打ち上げることもできます。もしそうなら、なぜレーザーと私たちの宇宙船を推進するための日光ではありませんか?その答えは、私たちが想定しているレーザーアレイは、局所的な太陽熱流束の100万倍も大きいエネルギー流束で帆を押すことができるということです。

「スターライトを使用して相対論的な速度に到達するには、非常に薄い帆を使用する必要があります。新しい論文では、ヘラーとヒッペは、グラムスケールの帆ではなくミリグラムの例を検討しています。面積が10平方メートルのセールの場合(スターショットコンセプトスタディで想定)、セールの厚さはわずか数原子でなければなりません。このような表面は、反射を目的とする光の波長よりも桁違いに薄いため、その反射率は低くなります。重量を桁違いに減らし、セール素材の剛性と反射率を維持することは現実的ではありません。

「スターショットのコンセプトを定義する上での主な制約は、私たちの人生の中でアルファケンタウリを訪れることでした。この論文で提唱されているように、人間の寿命を超えて移動時間を延長すると、関係する人々にとって魅力が減ります。また、セールには重量を大幅に増加させる電子機器が付属している必要があることにも注意してください。」

手短に言えば、時間が要因ではない場合、別の太陽系に到達する最初の試みは、AASが太陽風によって推進され減速されることを実際に伴う可能性があると想定できます。しかし、そのような任務が完了するのを何世紀も待つつもりなら、アルファケンタウリに従来のエンジン(場合によっては搭乗型エンジン)を搭載したロケットを送ることも検討するかもしれません。

しかし、私たちが自分の生涯の中でそこに到達することに専念しているのであれば、レーザー駆動の帆またはそれに似たものを使用する方法があります。人類は自分たちの裏庭に何があるかを探求する半世紀以上を費やしてきました、そして私たちの何人かは隣に何があるのか​​を見たがっていません!

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