Ao mesmo tempo, a humanidade tinha ambições que levaram a projetos incríveis como o primeiro vôo tripulado ao espaço ou uma missão à lua. A próxima etapa será a colonização dos planetas e, em seguida, a viagem interestelar. A Breakthrough Starshot Initiative é a sucessora da ambição humana e promete preparar o nosso caminho para as estrelas nas imediações.
A ideia do empresário bilionário russo Yuri Milner, Breakthrough Starshot deixou sua marca em abril de 2016 em uma conferência de imprensa com a presença de físicos renomados, incluindo Stephen Hawking e Freeman Dyson. Embora o projeto esteja longe de ser concluído, o plano preliminar envolve o envio de milhares de chips do tamanho de selos postais em grandes velas de prata, que entrarão primeiro na órbita da Terra e depois serão aceleradas por lasers terrestres.
Em dois minutos de aceleração do laser, a espaçonave irá acelerar a um quinto da velocidade da luz - mil vezes mais rápido do que qualquer veículo artificial em toda a história da humanidade.
Cada espaçonave voará por 20 anos e coletará dados científicos sobre o espaço interestelar. Ao chegar aos planetas do sistema estelar Alpha Centauri, a câmera digital embutida irá tirar fotos de alta resolução e enviar imagens de volta para a Terra, permitindo-nos dar uma olhada em nossos vizinhos planetários mais próximos. Além do conhecimento científico, podemos descobrir se esses planetas são adequados para a colonização humana.
A equipe por trás do Breakthrough Starshot é tão impressionante quanto a tecnologia. O conselho de administração inclui Milner, Hawking e Mark Zuckerberg, o criador do Facebook. Pete Warden, ex-diretor do Ames Research Center da NASA, é o CEO. Vários cientistas proeminentes, incluindo ganhadores do Nobel, estão assessorando o projeto, e Milner investiu US $ 100 milhões de seus próprios fundos para iniciar o trabalho. Junto com colegas, eles estão investindo mais de US $ 10 bilhões ao longo de vários anos para concluir o trabalho.
Embora toda essa ideia pareça completamente sci-fi, não há obstáculo científico para sua implementação. Isso, no entanto, não precisa acontecer amanhã: para que Starshot seja bem-sucedido, uma série de avanços em tecnologia são necessários. Os organizadores e consultores científicos acreditam no progresso exponencial e que o Starshot existe há 20 anos.
Abaixo você encontrará uma lista de onze tecnologias Starshot e o que os cientistas esperam de seu desenvolvimento exponencial nos próximos vinte anos.
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Detecção de exoplaneta
Um exoplaneta é um planeta fora do nosso sistema solar. Embora a primeira descoberta científica de um exoplaneta tenha ocorrido apenas em 1988, em 1º de maio de 2017, 3.608 exoplanetas foram descobertos em 2.702 sistemas planetários. Embora alguns deles se assemelhem aos planetas do sistema solar, existem muitos outros incomuns, como aqueles com anéis 200 vezes maiores do que os de Saturno.
Qual é a razão dessa enxurrada de descobertas? Melhoria substancial dos telescópios.
Apenas 100 anos atrás, o maior telescópio do mundo era o Telescópio Hooker com um espelho de 2,54 metros. Hoje, o Very Large Telescope do ESO, composto por quatro grandes telescópios de 8,2 metros de diâmetro, é a instalação astronômica terrestre mais produtiva, produzindo um artigo científico por avaliação de especialista por dia.
Os cientistas estão usando MBT e uma ferramenta especial para procurar planetas extrasolares sólidos na zona potencialmente habitável da estrela. Em maio de 2016, cientistas usando o telescópio TRAPPIST no Chile encontraram não um, mas sete exoplanetas do tamanho da Terra de uma vez em uma zona potencialmente habitável.
Enquanto isso, no espaço, a espaçonave Kepler da NASA, especialmente projetada para a tarefa, já identificou mais de 2.000 exoplanetas. O Telescópio Espacial James Webb, que será lançado em outubro de 2018, fornecerá uma visão sem precedentes sobre se os exoplanetas podem suportar vida. “Se esses planetas tiverem uma atmosfera, o JWST será a chave para descobrir seus segredos”, disse Doug Hudgins, cientista de exoplanetas da sede da NASA em Washington DC.
Custos de lançamento
A nave-mãe Starshot será lançada a bordo do foguete e lançará 1.000 naves. O custo de transporte de cargas usando foguetes de uso único é enorme, mas provedores de serviços privados como SpaceX e Blue Origin demonstraram sucesso no lançamento de foguetes reutilizáveis que devem reduzir significativamente os custos de lançamento. A SpaceX já cortou custos para US $ 60 milhões para lançar o Falcon 9 e, à medida que a indústria espacial privada se expande e os foguetes reutilizáveis se tornam mais predominantes, o preço vai cair cada vez mais.
Starchip
Cada Starchip de 15 mm ("chip estrela") deve conter uma grande variedade de dispositivos eletrônicos sofisticados, como sistema de navegação, câmera, laser de comunicação, bateria de radioisótopo, multiplexador de câmera e sua interface. Os engenheiros esperam poder espremer tudo em uma pequena máquina do tamanho de um selo postal.
Afinal, os primeiros chips de computador na década de 1960 continham um punhado de transistores. Graças à Lei de Moore, hoje podemos colocar bilhões de transistores em cada chip. A primeira câmera digital pesava vários quilos e capturou imagens de 0,01 megapixels. Hoje, um sensor de câmera digital captura imagens coloridas de alta qualidade a 12 megapixels e se encaixa em um smartphone - junto com outros sensores como GPS, acelerômetro e giroscópio. E estamos vendo essas melhorias se espalharem pela exploração do espaço, com satélites menores nos fornecendo dados de qualidade.
Para que o Starshot seja bem-sucedido, precisaremos de uma massa de chip de cerca de 0,22 gramas até 2030. Mas se as melhorias continuarem ocorrendo no mesmo ritmo, as previsões sugerem que isso é bem possível.
Vela leve
A vela deve ser feita de um material altamente reflexivo (para obter o pulso máximo do laser), minimamente absorvente (para que não se queime com o calor) e ao mesmo tempo muito leve (permite uma aceleração rápida). Esses três critérios são extremamente importantes e, atualmente, não existe um material adequado para eles.
Os avanços necessários podem vir da automação da inteligência artificial e da aceleração da descoberta de novos materiais. Essa automação foi tão longe que os métodos de aprendizado de máquina atuais podem "gerar bibliotecas de candidatos para materiais adequados em dezenas de milhares de posições" e permitir que os engenheiros determinem por quais vale a pena lutar e quais vale a pena testar sob certas condições.
Armazenamento de energia
Embora o Starchip use uma pequena bateria de radioisótopo em sua jornada de 24 anos, ainda precisaremos de baterias químicas convencionais para os lasers. Os lasers precisarão liberar energia colossal em um curto espaço de tempo, o que significa que a energia terá que ser armazenada em baterias próximas.
As baterias estão melhorando cerca de 5 a 8% ao ano, embora muitas vezes não vejamos isso porque o consumo de energia está aumentando. Se as baterias continuarem a melhorar nesse ritmo, em vinte anos elas terão de 3 a 5 vezes mais capacidade do que hoje. Outras inovações podem seguir um grande investimento na indústria de baterias. A joint venture Tesla-Solar City já entregou 55.000 unidades para Kauai para abastecer a maior parte de sua infraestrutura.
Lasers
Milhares de lasers poderosos serão usados para impulsionar a nave junto com a vela.
Os lasers obedeciam à Lei de Moore da mesma maneira que os circuitos integrados, dobrando a potência a cada 18 meses. A última década viu uma aceleração dramática no dimensionamento da potência dos lasers de diodo e fibra. O primeiro perfurou 10 quilowatts de fibra monomodo em 2010 e uma barreira de 100 quilowatts alguns meses depois. Além da potência bruta, também precisamos de sucesso na combinação de lasers de phased array.
Rapidez
Nossa capacidade de nos movermos rapidamente … mudou rapidamente. Em 1804, o trem foi inventado e logo ganhou uma velocidade inédita de 100 quilômetros por hora. A espaçonave "Helios-2" eclipsou esse recorde em 1976: no momento mais rápido, "Helios-2" estava se afastando da Terra a uma velocidade de 356.040 km / h. 40 anos depois, a espaçonave New Horizons atingiu uma velocidade heliocêntrica de 45 quilômetros por segundo (mais de 200.000 quilômetros por hora). Mas, mesmo nessa velocidade, demoraria muito para chegar a Alpha Centauri, a quatro anos-luz de distância.
Embora a aceleração de partículas subatômicas até a velocidade próxima à da luz tenha se tornado comum em aceleradores de partículas, os objetos macroscópicos não foram capazes de acelerar dessa maneira. Alcançar 20% da velocidade da luz seria 1000 vezes a velocidade de qualquer objeto construído pelo homem.
Armazenamento de memória
A capacidade de armazenar informações tornou-se a base dos cálculos. Starshot dependerá de declínios contínuos no custo e no tamanho da memória digital para fornecer espaço de armazenamento suficiente para seus programas e imagens capturadas no sistema estelar Alpha Centauri e seus planetas.
O custo da memória diminuiu exponencialmente por décadas: em 1970, um megabyte valia cerca de um milhão de dólares; agora - meros centavos. O tamanho necessário para armazenamento também diminuiu, de um disco rígido de 5 megabytes carregado em 1956 com uma empilhadeira para pen drives USB de 512 gigabytes pesando alguns gramas.
Telecomunicações
Assim que o Starchip capturar as imagens, elas precisarão ser enviadas de volta à Terra para processamento.
As telecomunicações progrediram significativamente desde que Alexander Graham Bell inventou o telefone em 1876. A velocidade média da Internet hoje é de cerca de 11 megabits por segundo. A largura de banda e a velocidade necessárias para enviar imagens digitais em 4 anos-luz - 40 trilhões de quilômetros - exigirão os avanços mais recentes em telecomunicações.
A tecnologia Li-Fi é extremamente promissora e sua transmissão sem fio promete ser 100 vezes mais rápida do que o wi-fi. Também existem experiências no campo das telecomunicações quânticas, que não serão rápidas, mas seguras.
Cálculos
A etapa final do projeto Starchip será analisar os dados retornados pela espaçonave. Para fazer isso, teremos que contar com o desenvolvimento exponencial do poder de computação, que aumentou um trilhão de vezes nos últimos 60 anos.
Recentemente, o declínio no custo da computação foi fortemente associado às nuvens. Olhando para o futuro e usando novas técnicas de computação como o quantum, podemos esperar um aumento de 1.000 vezes na potência quando o Starshot retornar os dados. Este poder de computação excepcional nos permitirá realizar simulações científicas sofisticadas e análises de nosso sistema estelar vizinho mais próximo.
ILYA KHEL
