Pada bulan April 2016, miliarder Rusia Yuri Milner mengumumkan penciptaan Breakthrough Starshot. Sebagai bagian dari organisasi ilmiah nirlaba (dikenal sebagai Breakthrough Initiatives), tujuan Starshot adalah untuk merancang nanocraft lightsail yang akan mampu mencapai sistem bintang terdekat - Alpha Centauri (alias. Rigel Kentaurus) - dalam masa hidup kita.
Sejak awal, para ilmuwan dan insinyur di balik konsep Starshot telah berusaha untuk mengatasi tantangan yang akan dihadapi misi semacam itu. Demikian pula, ada banyak komunitas ilmiah yang juga membuat saran tentang bagaimana konsep seperti itu bisa bekerja. Yang terbaru datang dari Institut Max Planck untuk Penelitian Sistem Tata Surya, di mana dua peneliti menemukan cara baru untuk memperlambat pesawat begitu mencapai tujuannya.
Untuk rekap, konsep Starshot melibatkan nanocraft skala gram kecil yang ditarik oleh lightsail. Menggunakan array laser berbasis darat, lightsail ini akan dipercepat hingga kecepatan sekitar 60.000 km / s (37.282 mps) - atau 20% kecepatan cahaya. Pada kecepatan ini, nanocraft akan dapat mencapai sistem bintang terdekat dengan kita - Alpha Centauri, yang terletak 4,37 tahun cahaya - hanya dalam waktu 20 tahun.
Secara alami, ini menghadirkan sejumlah tantangan teknis - yang mencakup kemungkinan tabrakan dengan debu antarbintang, bentuk yang tepat dari lightsail, dan kebutuhan energi semata-mata untuk memberi daya pada rangkaian laser. Tetapi yang tak kalah penting adalah gagasan tentang bagaimana kerajinan seperti itu akan melambat begitu mencapai tujuannya. Tanpa laser di ujung yang lain untuk menerapkan energi putus, bagaimana pesawat itu cukup lambat untuk mulai mempelajari sistem?
Ini adalah pertanyaan yang sangat René Heller dan Michael Hippke pilih untuk menjawab dalam studi mereka, "Perlambatan foton antarbintang berkecepatan tinggi berlayar ke orbit yang terikat di Alpha Centauri". Heller adalah seorang astrofisika yang saat ini membantu ESA dengan persiapannya untuk misi Transisi PLAnetary dan Osilasi bintang (PLATO) yang akan datang - seorang pemburu planet ekstrasurya yang digunakan sebagai bagian dari program Visi Kosmik mereka.
Dengan bantuan spesialis TI Michael Hippke, keduanya mempertimbangkan apa yang akan diperlukan untuk misi antarbintang untuk mencapai Alpha Centauri, dan memberikan pengembalian ilmiah yang baik pada saat kedatangannya. Ini akan mengharuskan manuver pengereman dilakukan begitu tiba sehingga pesawat ruang angkasa tidak akan melampaui sistem dalam sekejap mata. Seperti yang mereka nyatakan dalam studi mereka:
“Meskipun penyelidikan antarbintang seperti itu dapat mencapai Proxima 20 tahun setelah diluncurkan, tanpa propelan untuk memperlambatnya akan melintasi sistem dalam beberapa jam. Di sini kami mendemonstrasikan bagaimana tekanan foton bintang dari bintang triple Alpha Cen A, B, dan C (Proxima) dapat digunakan bersama dengan gravitasi membantu untuk memperlambat layar surya yang masuk dari Bumi. ”
Demi perhitungan mereka, Heller dan Hippke memperkirakan bahwa kapal itu akan berbobot kurang dari 100 gram (3,5 ons), dan akan dipasang di layar berukuran 100.000 m² (1.076.391 kaki persegi) di area permukaan. Setelah ini selesai, Hippke mengadaptasinya menjadi serangkaian simulasi komputer. Berdasarkan hasil mereka, mereka mengusulkan konsep misi yang sama sekali baru yang menghilangkan kebutuhan laser sepenuhnya.
Pada dasarnya, konsep revisi mereka menyerukan kerajinan Autonomous Active Sail (AAS) yang akan menyediakan tenaga penggerak dan daya henti sendiri. Kapal ini akan menggunakan layarnya saat berada di Tata Surya dan menggunakan angin matahari Sun untuk mempercepatnya ke kecepatan tinggi. Setelah mencapai Sistem Alpha Centauri, ia akan memindahkan layarnya sehingga radiasi yang masuk dari Alpha Centauri A dan B akan memiliki efek memperlambatnya.
Bonus tambahan dari manuver yang diusulkan ini adalah bahwa pesawat itu, setelah mengalami perlambatan ke titik yang secara efektif dapat menjelajahi sistem Alpha Centauri, kemudian dapat menggunakan bantuan gravitasi dari bintang-bintang ini untuk mengubah rute sendiri menuju Proxima Centauri. Sesampai di sana, ia dapat melakukan eksplorasi dekat pertama Proxima b - planet ekstrasurya terdekat dengan Bumi - dan menentukan seperti apa kondisi atmosfer dan permukaannya.
Sejak keberadaan planet ini pertama kali diumumkan oleh European Southern Observatory pada Agustus 2016, ada banyak spekulasi tentang apakah itu bisa dihuni atau tidak. Memiliki misi yang bisa memeriksanya untuk memeriksa penanda-penanda - atmosfer yang layak, magnetosfer, dan air cair di permukaan - pasti akan menyelesaikan perdebatan itu.
Seperti yang dijelaskan Heller dalam siaran pers dari Max Planck Institute, konsep ini menghadirkan beberapa keuntungan, tetapi disertai dengan bagian trade off - tidak sedikit yang merupakan waktu yang dibutuhkan untuk sampai ke Alpha Centauri. "Konsep misi baru kami dapat menghasilkan pengembalian ilmiah yang tinggi, tetapi hanya cucu cucu kami yang akan menerimanya," katanya. “Starshot, di sisi lain, bekerja pada skala waktu puluhan tahun dan dapat diwujudkan dalam satu generasi. Jadi kami mungkin telah mengidentifikasi konsep tindak lanjut jangka panjang untuk Starshot. ”
Saat ini, Heller dan Hippke sedang mendiskusikan konsep mereka dengan Breakthrough Starshot untuk melihat apakah itu layak. Satu orang yang telah memeriksa pekerjaan mereka adalah Profesor Avi Loeb, Profesor Ilmu Pengetahuan Frank B. Baird Jr di Universitas Harvard, dan ketua Dewan Penasihat Yayasan Breakthrough. Saat ia mengatakan kepada Space Magazine melalui email, konsep yang diajukan oleh Heller dan Hippke layak dipertimbangkan, tetapi memiliki keterbatasan:
"Jika mungkin untuk memperlambat pesawat ruang angkasa dengan cahaya bintang (dan bantuan gravitasi), maka juga mungkin untuk meluncurkannya di tempat pertama dengan kekuatan yang sama ... Jika demikian, mengapa proyek Breakthrough Starshot yang baru-baru ini diumumkan menggunakan laser dan tidak Sunlight untuk mendorong pesawat ruang angkasa kita? Jawabannya adalah susunan laser yang kami bayangkan dapat mendorong layar dengan fluks energi yang jutaan kali lebih besar dari fluks surya lokal.
“Dalam menggunakan cahaya bintang untuk mencapai kecepatan relativistik, seseorang harus menggunakan layar yang sangat tipis. Dalam makalah baru, Heller dan Hippke mempertimbangkan contoh miligram bukannya layar skala gram. Untuk layar seluas sepuluh meter persegi (seperti yang dibayangkan dalam studi konsep Starshot kami), ketebalan layar mereka harus hanya beberapa atom. Permukaan seperti itu adalah urutan besarnya lebih tipis dari panjang gelombang cahaya yang ingin dipantulkannya, dan karenanya reflektivitasnya akan rendah. Tampaknya tidak layak untuk mengurangi berat dengan begitu banyak urutan besarnya dan tetap menjaga kekakuan dan reflektifitas bahan layar.
“Kendala utama dalam mendefinisikan konsep Starshot adalah mengunjungi Alpha Centauri dalam masa hidup kita. Memperpanjang waktu perjalanan melampaui masa hidup manusia, sebagaimana disarankan dalam makalah ini, akan membuatnya kurang menarik bagi orang-orang yang terlibat. Juga, orang harus ingat bahwa layar harus disertai dengan elektronik yang akan menambah berat secara signifikan. "
Singkatnya, jika waktu bukan merupakan faktor, kita dapat membayangkan bahwa upaya pertama kita untuk mencapai Tata Surya lain mungkin memang melibatkan AAS yang didorong dan diperlambat oleh angin matahari. Tetapi jika kita bersedia menunggu berabad-abad untuk menyelesaikan misi semacam itu, kita mungkin juga mempertimbangkan untuk mengirim roket dengan mesin konvensional (bahkan yang kru) ke Alpha Centauri.
Tetapi jika kita berniat menuju ke sana dalam masa hidup kita sendiri, maka berlayar dengan laser atau sesuatu yang serupa akan menjadi cara untuk pergi. Umat manusia telah menghabiskan lebih dari setengah abad menjelajahi apa yang ada di halaman belakang kita sendiri, dan beberapa dari kita tidak sabar untuk melihat apa yang ada di sebelah!
