Pada suatu waktu, umat manusia memiliki ambisi yang mengarah pada proyek luar biasa seperti penerbangan berawak pertama ke luar angkasa atau misi ke bulan. Langkah selanjutnya adalah kolonisasi planet-planet, dan kemudian perjalanan antarbintang. The Breakthrough Starshot Initiative adalah penerus ambisi manusia dan berjanji untuk membuka jalan kita menuju bintang-bintang di sekitarnya.
Terobosan Starshot, gagasan pengusaha miliarder Rusia Yuri Milner, menjadi terkenal pada April 2016 pada konferensi pers yang dihadiri oleh fisikawan terkenal termasuk Stephen Hawking dan Freeman Dyson. Sementara proyek tersebut masih jauh dari selesai, rencana awal melibatkan pengiriman ribuan chip berukuran perangko pada layar perak besar, yang pertama-tama akan memasuki orbit Bumi dan kemudian dipercepat dengan laser berbasis darat.
Dalam dua menit akselerasi laser, pesawat ruang angkasa akan berakselerasi hingga seperlima kecepatan cahaya - seribu kali lebih cepat daripada kendaraan buatan mana pun sepanjang sejarah umat manusia.
Setiap pesawat ruang angkasa akan terbang selama 20 tahun dan mengumpulkan data ilmiah tentang ruang antarbintang. Setelah mencapai planet dalam sistem bintang Alpha Centauri, kamera digital internal akan mengambil foto resolusi tinggi dan mengirim gambar ke Bumi, memungkinkan kita untuk melihat planet tetangga terdekat kita. Selain pengetahuan ilmiah, kita bisa mengetahui apakah planet-planet tersebut cocok untuk penjajahan manusia.
Tim di belakang Terobosan Starshot sama mengesankannya dengan teknologinya. Dewan direksi termasuk Milner, Hawking dan Mark Zuckerberg, pencipta Facebook. Pete Warden, mantan direktur Pusat Penelitian Ames NASA, adalah CEO. Beberapa ilmuwan terkemuka, termasuk pemenang Nobel, menjadi penasihat proyek tersebut, dan Milner menyumbangkan $ 100 juta dari dana sendiri untuk memulai pekerjaan. Bersama dengan rekan kerja, mereka menginvestasikan lebih dari $ 10 miliar selama beberapa tahun untuk menyelesaikan pekerjaan.
Meskipun seluruh gagasan ini tampaknya sepenuhnya sci-fi, tidak ada kendala ilmiah untuk implementasinya. Namun, ini tidak harus terjadi besok: agar Starshot berhasil, diperlukan sejumlah kemajuan dalam teknologi. Penyelenggara dan konsultan ilmiah percaya pada kemajuan eksponensial dan bahwa Starshot telah ada selama 20 tahun.
Di bawah ini Anda akan menemukan daftar sebelas teknologi Starshot dan harapan para ilmuwan pada perkembangan eksponensial mereka selama dua puluh tahun ke depan.
Video promosi:
Deteksi exoplanet
Eksoplanet adalah planet di luar tata surya kita. Meskipun penemuan ilmiah pertama dari sebuah planet ekstrasurya hanya terjadi pada tahun 1988, per 1 Mei 2017, 3.608 planet ekstrasurya ditemukan di 2.702 sistem planet. Sementara beberapa di antaranya menyerupai planet di tata surya, ada banyak planet yang tidak biasa, seperti cincin yang 200 kali lebih lebar daripada Saturnus.
Apa alasan banjir penemuan ini? Peningkatan substansial teleskop.
100 tahun yang lalu, teleskop terbesar di dunia adalah Teleskop Hooker dengan cermin berukuran 2,54 meter. Saat ini, Very Large Telescope ESO, yang terdiri dari empat teleskop besar berdiameter 8,2 meter, adalah instalasi astronomi paling produktif di darat, menghasilkan satu artikel ilmiah per review ahli per hari.
Para ilmuwan menggunakan MBT dan alat khusus untuk mencari planet ekstrasurya padat di zona berpotensi layak huni bintang. Pada Mei 2016, para ilmuwan yang menggunakan teleskop TRAPPIST di Chili menemukan bukan hanya satu, tetapi tujuh exoplanet seukuran Bumi sekaligus di zona yang berpotensi dihuni.
Sementara itu, di luar angkasa, pesawat luar angkasa Kepler milik NASA, yang dirancang khusus untuk tugas tersebut, telah mengidentifikasi lebih dari 2.000 exoplanet. Teleskop Luar Angkasa James Webb, yang akan diluncurkan pada Oktober 2018, akan memberikan wawasan yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang apakah exoplanet dapat mendukung kehidupan. “Jika planet-planet ini memiliki atmosfer, JWST akan menjadi kunci untuk mengungkap rahasia mereka,” kata Doug Hudgins, ilmuwan planet ekstrasurya di markas besar NASA di Washington DC.
Biaya peluncuran
Kapal induk Starshot akan diluncurkan dengan roket dan akan meluncurkan 1.000 kapal. Biaya pengangkutan muatan menggunakan roket sekali pakai sangat besar, tetapi penyedia layanan swasta seperti SpaceX dan Blue Origin telah menunjukkan keberhasilan dalam meluncurkan roket yang dapat digunakan kembali yang diharapkan dapat mengurangi biaya peluncuran secara signifikan. SpaceX telah memangkas biaya menjadi $ 60 juta untuk meluncurkan Falcon 9, dan ketika industri luar angkasa swasta berkembang dan roket yang dapat digunakan kembali menjadi lebih lazim, harganya akan turun dan turun.
Pati
Setiap Starchip 15mm ("chip bintang") harus berisi berbagai macam perangkat elektronik canggih seperti sistem navigasi, kamera, laser komunikasi, baterai radioisotop, multiplekser kamera dan antarmuka. Para insinyur berharap mereka dapat memeras semuanya menjadi mesin berukuran perangko kecil.
Lagipula, chip komputer pertama di tahun 1960-an berisi sedikit transistor. Berkat Hukum Moore, hari ini kita dapat memasukkan miliaran transistor pada setiap chip. Kamera digital pertama memiliki berat beberapa kilogram dan menangkap gambar 0,01 megapiksel. Saat ini, sensor kamera digital menangkap gambar berwarna berkualitas tinggi dengan resolusi 12 megapiksel dan dapat dimasukkan ke dalam smartphone - bersama dengan sensor lain seperti GPS, akselerometer, dan giroskop. Dan kami melihat peningkatan ini mengalir ke eksplorasi ruang angkasa dengan satelit yang lebih kecil memberi kami data berkualitas.
Agar Starshot berhasil, kita membutuhkan massa chip sekitar 0,22 gram pada tahun 2030. Tetapi jika perbaikan terus datang dengan kecepatan yang sama, prakiraan menunjukkan bahwa ini sangat mungkin.
Layar ringan
Layar harus terbuat dari bahan yang sangat reflektif (untuk mendapatkan pulsa maksimum dari laser), menyerap minimal (agar tidak terbakar panas) dan pada saat yang sama sangat ringan (memungkinkan untuk akselerasi cepat). Ketiga kriteria ini sangat penting, dan saat ini tidak ada bahan yang cocok untuk itu.
Kemajuan yang diperlukan dapat datang dari mengotomatiskan kecerdasan buatan dan mempercepat penemuan material baru. Otomatisasi ini telah berkembang sangat jauh sehingga metode pembelajaran mesin saat ini dapat "menghasilkan pustaka kandidat untuk materi yang sesuai di puluhan ribu posisi" dan memungkinkan insinyur untuk menentukan mana yang layak diperjuangkan dan mana yang layak diuji dalam kondisi tertentu.
Penyimpanan energi
Meskipun Starchip akan menggunakan baterai radioisotop kecil untuk perjalanan 24 tahun, kami masih membutuhkan baterai kimia konvensional untuk laser. Laser perlu melepaskan energi kolosal dalam waktu singkat, yang berarti energi tersebut harus disimpan di baterai terdekat.
Baterai meningkat sekitar 5-8% per tahun, meskipun kita sering tidak melihatnya karena konsumsi energi meningkat. Jika baterai terus meningkat pada tingkat ini, dalam dua puluh tahun kapasitasnya akan 3-5 kali lebih banyak daripada saat ini. Inovasi lain bisa mengikuti investasi besar dalam industri baterai. Usaha patungan Tesla-Solar City telah mengirimkan 55.000 ke Kauai untuk menggerakkan sebagian besar infrastrukturnya.
Laser
Ribuan laser yang kuat akan digunakan untuk menggerakkan pesawat di sepanjang layar.
Laser mematuhi Hukum Moore dengan cara yang hampir sama seperti sirkuit terintegrasi, menggandakan daya setiap 18 bulan. Dekade terakhir telah menyaksikan percepatan dramatis dalam penskalaan kekuatan dioda dan laser serat. Yang pertama menembus 10 kilowatt serat mode tunggal pada tahun 2010 dan penghalang 100 kilowatt beberapa bulan kemudian. Selain daya mentah, kami juga membutuhkan keberhasilan dalam menggabungkan laser array bertahap.
Mempercepat
Kemampuan kami untuk bergerak cepat … bergerak cepat. Pada tahun 1804, kereta api ditemukan dan segera mencapai kecepatan 100 kilometer per jam yang belum pernah terdengar sebelumnya. Pesawat ruang angkasa "Helios-2" melampaui rekor ini pada tahun 1976: pada saat tercepat "Helios-2" bergerak menjauh dari Bumi dengan kecepatan 356.040 km / jam. 40 tahun kemudian, pesawat ruang angkasa New Horizons telah mencapai kecepatan heliosentris 45 kilometer per detik (lebih dari 200.000 kilometer per jam). Tetapi bahkan dengan kecepatan itu, akan membutuhkan waktu lama untuk mencapai Alpha Centauri, empat tahun cahaya jauhnya.
Meskipun percepatan partikel subatom ke kecepatan mendekati cahaya telah menjadi hal yang biasa pada akselerator partikel, objek makroskopik belum dapat melakukan percepatan dengan cara itu. Mencapai 20% kecepatan cahaya akan menjadi 1000 kali kecepatan objek buatan manusia.
Penyimpanan memori
Kemampuan menyimpan informasi menjadi dasar perhitungan. Starshot akan bergantung pada penurunan terus menerus dalam biaya dan ukuran memori digital untuk menyediakan ruang penyimpanan yang cukup untuk program dan gambar yang diambil dalam sistem bintang Alpha Centauri dan planetnya.
Biaya ingatan telah menurun secara eksponensial selama beberapa dekade: pada tahun 1970, satu megabyte bernilai sekitar satu juta dolar; sekarang - hanya sen. Ukuran yang diperlukan untuk penyimpanan juga menyusut, dari hard drive 5 megabyte yang dimuat pada tahun 1956 dengan forklift menjadi stik USB 512 gigabyte dengan berat beberapa gram.
Telekomunikasi
Setelah Starchip menangkap gambar, gambar tersebut harus dikirim kembali ke Earth untuk diproses.
Telekomunikasi telah berkembang pesat sejak Alexander Graham Bell menemukan telepon pada tahun 1876. Kecepatan internet rata-rata saat ini sekitar 11 megabit per detik. Bandwidth dan kecepatan yang dibutuhkan untuk mengirim gambar digital selama 4 tahun cahaya - 40 triliun kilometer - akan membutuhkan kemajuan terkini di bidang telekomunikasi.
Teknologi Li-Fi sangat menjanjikan, dan transmisi nirkabelnya menjanjikan 100 kali lebih cepat daripada Wi-Fi. Ada juga eksperimen di bidang telekomunikasi kuantum, yang tidak akan cepat, tetapi aman.
Perhitungan
Langkah terakhir dari proyek Starchip adalah menganalisis data yang dikembalikan oleh pesawat ruang angkasa. Untuk melakukan ini, kita harus bergantung pada perkembangan eksponensial daya komputasi, yang telah meningkat satu triliun kali lipat selama 60 tahun terakhir.
Baru-baru ini, penurunan biaya komputasi sangat terkait dengan cloud. Ke depan dan menggunakan metode komputasi baru seperti kuantum, kita dapat mengharapkan peningkatan daya 1.000 kali lipat pada saat Starshot mengembalikan data. Kekuatan komputasi yang luar biasa ini akan memungkinkan kita untuk melakukan simulasi dan analisis ilmiah yang canggih dari sistem bintang tetangga terdekat kita.
ILYA KHEL
