فناوری برای امکان پذیر و مقرون به صرفه کردن ماموریت های بین ستاره ای

آرایه‌های لیزر می‌توانند برای هل دادن بادبان‌های خورشیدی سبک وزن به ستاره‌های دیگر استفاده شوند. این بودجه با بیش از 100 میلیون دلار تأمین شده است و بر اساس فناوری 600 میلیارد دلاری صنعت لیزر و فوتونیک ساخته شده است. یک مقاله اخیر به این موضوع می پردازد که چگونه پیشرفت های مختلف تکنولوژیکی آن را امکان پذیرتر می کند و هزینه ها را بهبود می بخشد. فوتونیک یکپارچه و تولید انبوه بیشتر سیستم های مدولار اساساً برای تحقق کامل این چشم انداز ضروری است. محققان یک مدل هزینه تحلیلی را استخراج کرده اند که توسط فیزیک اساسی سیستم پیشنهادی هدایت می شود. این به ما این امکان را می دهد که از نظر اقتصادی تصمیم گیری کنیم و مسیری منطقی به سمت پرواز بین ستاره ای ایجاد کنیم.

انرژی هدایت شده در مقیاس بزرگ، امکان دگرگونی رادیکال را در مناطق مختلف، از جمله توانایی دستیابی به پرواز نسبیتی که اولین مأموریت های بین ستاره ای و همچنین گذر سریع بین سیاره ای را ممکن می کند، ارائه می دهد. بعلاوه، همین فناوری قدرت پرتوهای دوربرد را برای موتورهای یونی، فرسایشی و حرارتی و همچنین شارژ مجدد فضاپیماهای دور برد، ارتباطات لیزری دوربرد و با پهنای باند فوق العاده بالا و بسیاری از کاربردهای اضافی که شامل تجزیه و تحلیل ترکیب از راه دور، دستکاری سیارک ها، و دفاع کامل سیاره ای. انرژی هدایت شده به فوتونیک متکی است که مانند الکترونیک، یک منطقه رشد به طور تصاعدی است که توسط منافع اقتصادی مختلف هدایت می شود و امکان پیشرفت های دگرگونی در اکتشاف و قابلیت فضا را فراهم می کند. ما در چند سال گذشته پیشرفت های تکنولوژیکی عظیمی داشته ایم تا این چشم انداز بلندمدت را ممکن کنیم.

علاوه بر چالش‌های تکنولوژیکی، باید با چالش‌های اقتصادی نیز روبرو شویم تا چشم‌انداز را به واقعیت تبدیل کنیم. مسیر پیش رو مستلزم تغییر اساسی در طراحی سیستم است تا امکان کاهش هزینه های اساسی مورد نیاز را فراهم کند. برای تحقق کامل این چشم انداز، باید فوتونیک یکپارچه و تولید انبوه را به عنوان مسیری رو به جلو به نمایش بگذاریم. خوشبختانه، فوتونیک یکپارچه یک فناوری است که به دلیل نیاز گسترده مصرف کنندگان برای تحویل داده با سرعت بالا هدایت می شود. آنها فیزیک اساسی را ترسیم می کنند که اقتصاد را هدایت می کند و یک مدل هزینه تحلیلی استخراج می کند که به ما امکان می دهد مسیر پیش رو را به طور منطقی برنامه ریزی کنیم.

برای پرواز نسبیتی (بیش از 10 درصد سرعت نور)، توسعه لیزرهای قدرتمند برای فشار دادن کاوشگرهای با جرم بسیار کم مورد نیاز است. تحولات اخیر اکنون هر دوی اینها را ممکن می سازد. درایور فوتون یک آرایه فاز لیزری است که نیاز به توسعه یک لیزر بسیار بزرگ را حذف می‌کند و آن را با تعداد زیادی تقویت‌کننده لیزری متوسط ​​در پیکربندی MOPA (تقویت‌کننده توان نوسانگر اصلی) با خط پایه تقویت‌کننده‌های Yb که در 1064 نانومتر کار می‌کنند، جایگزین می‌کند. سیستم با استفاده از یک منسجم قفل شده است
چراغی که یا توسط فضاپیما حمل می شود یا از فضاپیما منعکس می شود. حفظ یکپارچگی فاز یکی از چالش های کلیدی است. این رویکرد مشابه ساخت یک ابر کامپیوتر از تعداد زیادی پردازنده متوسط ​​است. این رویکرد همچنین اپتیک معمولی را حذف می‌کند و آن را با یک آرایه فازی از عناصر نوری کم هزینه جایگزین می‌کند. به عنوان مثال، در انتهای نهایی نهایی، یک سیستم مقیاس کامل (50-100 گیگاوات) یک فضاپیمای در مقیاس ویفر را با بازتابنده کلاس متر (بادبان لیزری) به حدود c/4 در چند دقیقه روشنایی لیزر می‌رساند که به صدها نفر اجازه می‌دهد. پرتاب در روز یا 100,000 ماموریت در سال. چنین سیستمی در 1 دقیقه به فاصله تا مریخ (30 واحد نجومی) می رسد، در کمتر از 3 روز از وویجر I می گذرد، در 1,000 روز از 12 واحد نجومی عبور می کند و در حدود 20 سال به آلفا قنطورس می رسد.

همین سیستم همچنین می تواند محموله 100 کیلوگرمی را به حدود 1 درصد سرعت نور و 10,000 کیلوگرم محموله را به بیش از 1,000 کیلومتر بر ثانیه برساند، اگرچه فضای تجاری عملی استفاده از DDM در مقابل IDM برای فضاپیماهای با جرم بزرگتر وجود دارد.

کاربردهای دیگری برای آرایه های لیزری بزرگ و پرتوهای توان برد بلند وجود دارد. توان را می توان برای سیستم های موتور یونی، شارژ مجدد فضاپیماهای دور (در برخی موارد حذف RTG)، دفاع سیاره ای کامل در برابر سیارک ها و دنباله دارها، روشنایی فعال گسترده منظومه شمسی یا اسکن لیزری (LIDAR) برای یافتن و مطالعه اجرام کوچکتر، سیارک ها ارسال کرد. دستکاری و تجزیه و تحلیل ترکیب، کاربردهای زمین‌سازی، و مسیری به سوی تلسکوپ‌های بسیار بزرگ.

قدرت پرتو برای به حرکت درآوردن موتورهای یونی، امکان مانور با سرعت بالا در فراسوی مشتری را فراهم می کند.