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Tecnologia per rendere possibili e convenienti le missioni interstellari

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Matrici di laser possono essere utilizzate per spingere vele solari leggere verso altre stelle. Questo è stato finanziato con oltre 100 milioni di dollari e si basa sulla tecnologia dell'industria del laser e della fotonica da 600 miliardi di dollari. Un recente documento esamina come diversi miglioramenti tecnologici lo renderanno più fattibile e miglioreranno i costi. La fotonica integrata e la produzione in serie della maggior parte dei sistemi modulari saranno fondamentalmente necessarie per consentire la realizzazione su vasta scala di questa visione. I ricercatori hanno derivato un modello di costo analitico che è guidato dalla fisica fondamentale del sistema proposto. Questo ci permette di prendere decisioni economicamente informate e creare un percorso logico verso il volo interstellare.

L'energia diretta su larga scala offre la possibilità di una trasformazione radicale in una varietà di aree, inclusa la capacità di raggiungere il volo relativistico che consentirà le prime missioni interstellari, nonché un rapido transito interplanetario. Inoltre, la stessa tecnologia consentirà l'alimentazione a fascio a lungo raggio per motori ionici, ablazione e termici, nonché la ricarica a lungo raggio di veicoli spaziali distanti, comunicazioni laser a lungo raggio e a larghezza di banda ultra elevata e molte applicazioni aggiuntive che includono analisi della composizione remota, manipolazione di asteroidi e difesa planetaria completa. L'energia diretta si basa sulla fotonica che, come l'elettronica, è un'area di crescita in espansione esponenziale guidata da diversi interessi economici che consente progressi trasformativi nell'esplorazione e nella capacità dello spazio. Abbiamo compiuto enormi progressi tecnologici negli ultimi anni per consentire questa visione a lungo termine.

Oltre alle sfide tecnologiche, dobbiamo affrontare le sfide economiche per trasformare la visione in realtà. Il percorso da seguire richiede un cambiamento fondamentale nella progettazione del sistema per consentire le riduzioni dei costi radicali richieste. Per permetterci la realizzazione su vasta scala di questa visione, dovremo portare in primo piano la fotonica integrata e la produzione di massa come percorso da seguire. Fortunatamente, la fotonica integrata è una tecnologia guidata dalla vasta esigenza dei consumatori di fornire dati ad alta velocità. delineano la fisica fondamentale che guida l'economia e derivano un modello analitico dei costi che ci consente di pianificare logicamente il percorso da seguire.

Per il volo relativistico (oltre il 10% della velocità della luce) è necessario lo sviluppo di potenti laser per spingere sonde di massa ultrabassa. I recenti sviluppi ora rendono possibili entrambi. Il driver fotonico è un laser phased array che elimina la necessità di sviluppare un laser estremamente grande e lo sostituisce con un gran numero di modesti amplificatori laser in una configurazione MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) ​​con una linea di base di amplificatori Yb operanti a 1064 nm. Il sistema è in fase bloccata utilizzando un coerente
faro che viene trasportato dal veicolo spaziale o si riflette sul veicolo spaziale. Il mantenimento dell'integrità della fase è una delle sfide principali. Questo approccio è analogo alla costruzione di un super computer da un gran numero di processori modesti. Questo approccio elimina anche l'ottica convenzionale e la sostituisce con un phased array di piccoli elementi ottici a basso costo. Ad esempio, sull'eventuale estremità superiore, un sistema a scala reale (50-100 GW) spingerà un veicolo spaziale in scala wafer con un riflettore di classe metro (vela laser) a circa c/4 in pochi minuti di illuminazione laser consentendo centinaia di di lanci al giorno o 100,000 missioni all'anno. Un tale sistema raggiungerebbe la distanza da Marte (1 UA) in 30 minuti, supererebbe il Voyager I in meno di 3 giorni, supererebbe 1,000 UA in 12 giorni e raggiungerebbe Alpha Centauri in circa 20 anni.

Lo stesso sistema può anche spingere un carico utile di 100 kg a circa l'1% della velocità della luce e un carico utile di 10,000 kg a più di 1,000 km / s, sebbene esista uno spazio commerciale pratico per l'utilizzo di DDM vs IDM per veicoli spaziali di massa più grandi.

Esistono altre applicazioni per grandi array laser e fasci di potenza a lungo raggio. L'energia può essere trasmessa energia per sistemi di motori a ioni, ricarica di veicoli spaziali distanti (eliminando in alcuni casi gli RTG), difesa planetaria completa contro asteroidi e comete, illuminazione attiva dell'intero sistema solare o scansione laser (LIDAR) per trovare e studiare oggetti più piccoli, asteroidi manipolazione e analisi della composizione, applicazioni di terraformazione e un percorso verso telescopi estremamente grandi.

Trasmettendo potenza per alimentare motori a ioni, consente manovre ad alta velocità oltre Giove.

Brian Wang è un leader del pensiero futurista e un popolare blogger scientifico con 1 milione di lettori al mese. Il suo blog Nextbigfuture.com è al primo posto tra i blog di notizie scientifiche. Copre molte tecnologie e tendenze dirompenti tra cui spazio, robotica, intelligenza artificiale, medicina, biotecnologia anti-invecchiamento e nanotecnologia.

Noto per l'identificazione di tecnologie all'avanguardia, è attualmente co-fondatore di una startup e raccolta fondi per aziende ad alto potenziale in fase iniziale. È Head of Research for Allocations for Deep Technology Investment e Angel Investor presso Space Angels.

Frequentatore di aziende, è stato speaker TEDx, speaker della Singularity University e ospite in numerose interviste per radio e podcast. È disponibile a parlare in pubblico e ad assumere incarichi di consulenza.

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