关于Starshot纳米技术的5大问题

周二，俄罗斯亿万富翁尤里米尔纳和着名的天体物理学家斯蒂芬霍金宣布他们的1亿美元计划研究距离地球最近的恒星系统半人马座阿尔法星（仅仅4.37光年远）。在几个不同的科学调查中，目标是基本上找到外星人是否存在于树林的颈部，或者至少是否系统中有任何行星或卫星能够支持生命。

这项名为Breakthrough Starshot的项目包括在前往Alpha Centauri途中发送超轻型航天器（称为“StarChips”），该太空船由一个100千兆瓦光束推动的灯尾所携带。

这只是冰山一角。整个计划既可能是疯狂的天才，也可能是疯狂的。然而，你挖的越多，米尔纳及其工作人员的计划似乎越来越可行。

这是因为他们提出的技术实际上并不遥远。它肯定会延伸想象力，但它并没有打破它。 lightail技术已经被很多研究小组测试，其中包括由Bill Nye组织的研究小组。 CubeSats作为一种经济有效，廉价的太空研究方式的崛起，确实表明通过制造更小，更轻的航天器可以获得多少。像Starshot这样的纳米工艺只是向这个方向迈出了合乎逻辑的一步。

还有，有 丰富 米尔纳，霍金甚至Facebook创始人马克扎克伯格（投资人）将如何解决这个问题。以下是关于纳米技术和光束发射系统的五大问题 - 以及一些可能提供一些见解的答案。

光束作为推进技术 - 请解释！

Starshot计划推出这些纳米工艺婴儿不使用燃料和火 - 它使用光和激光。几十年来，高功率聚焦激光器一直是推进工程师的一个吸引力，但直到最近我们才能最终设想在多种应用中使用这种技术 - 包括将轨道碎片移出关键卫星的路径。毕竟，光是能够在系统上施加力的能量。

但这是关键词： 构想 。我们还没有真正构建一个可以拍摄另一个物体的激光束 成 通过光子的力量来腾出空间。科学家们正在研究混合动力推进技术，该技术将激光与更传统的方法相结合，但不能作为唯一的推进剂。

你可能会说，“那么太阳帆应该如何在太空中工作？”嗯，太阳帆技术要求利用太阳光线产生的光子推进帆（及其航天器）前进。尽管如此，帆还是以太空的方式进入太空：火箭队。

Starshot声称，一个光束投射器 - 一个以一公里宽的规模设置的激光器阵列 - 可能提供高达100千兆瓦的光束能量。我们不会使用一个超大激光器，而是使用许多较小的激光器。也许数百万或数亿。

难道这足以让纳米工艺从地球大气层和引力中拉出来吗？也许。米尔纳认为，通过在阿塔卡马沙漠等高海拔环境中设置发射台，Starshot有更好的机会。 （这是我们今天提出的四条建议。）它也相对干燥，足以减少水蒸气积聚的可能性，并在航天器上增加重量，或在推动航天器向上时阻碍激光器的力量。

如果一切顺利，探测器将以每小时1亿英里的速度前往Alpha Centauri，并在20年内到达系统。

Lightsails超薄超薄。这件事应该如何在发布后继续存在？如何在岩石和尘埃周围空间旋转二十年后如何生存？

灯光由超薄的“超材料（一种指代实验材料的术语”）制成，旨在从光源中拾取迎面而来的光子，并将它们用作施加在帆本身上的压力。结果，帆能够向前移动甚至加速到更高的速度。

正如我所提到的，灯光不是新的。比尔奈和行星协会一直在致力于一个灯具项目，旨在证明这种技术的可行性，如一种具有成本效益的航天器推进设计。美国宇航局将于2018年在陆上发射近地小行星侦察兵（NEA Scout） 猎户座 对于太空发射系统的首次任务，它将通过可扩展的太阳帆进入附近的小行星。

这两种灯都遇到了与星际尘埃和碎片碰撞的相同问题，这些尘埃和碎屑可能会刺破帆中的孔并使整个物体脱轨。这是一个非常明显的可能性，但它受到一些考虑因素的限制。

第一：空间是 大 。有很多物质漂浮在周围，但它不像地球上的空气中的颗粒到处都是。太空中的物体相距数英里 - 只有10到数百万，但仍然是数英里。击中某些东西的可能性 - 虽然真实 - 仍然相对遥远。

其次，这些风帆专门设计为在受损情况下保持相对稳固。以NEA Scout为例。美国国家航空航天局（NASA）已经测试了它的灯具如何能够保持结构的完整性，即使它在这里和那里被一些太空垃圾击中。只要不存在灾难性的伤害（例如，像德克萨斯大小的小行星撞击航天器），NEA侦察兵仍然可以向前移动，并根据美国宇航局的命令进行操纵。

Starshot纳米工艺也必须应对这些问题。预计他们的灯光会延伸到几米的范围内，所以它们会非常小。但它们只有几百个原子厚，质量约为1克。它们足够小，可以避免几乎所有类型的物体漂浮在太空周围 - 但是在不幸的情况下它们被击中，整个太空船很可能会被摧毁。我们几乎不了解Alpha Centauri的尘埃含量。

但是纳米技术单独处理一个大问题 - 在光束发射期间不会分崩离析。预计帆将被光束击中，该光束将达到在任何给定时刻撞击地球的阳光的约60倍。帆不仅要防止融化，还要设法进入太空而不会被大气力量撕成碎片。估计一万分之一的激光器足以蒸发帆。以前从未做过这件事。在得到这个部分之前，没有人知道Starshot项目需要进行多少测试。

StarChip如何运作？应该收集哪些类型的数据？

StarChips - 建立在一克的范围内，能够放在一只手掌中 - 将不会像好奇号火星车或开普勒太空望远镜那样帮助我们的最先进的系统研究太空中不同的世界。他们将是非常基本的。目标是在芯片上粘贴四个摄像头（每个两百万像素），这将允许对半人马座阿尔法星以及系统的不同行星和卫星进行一些非常基本的成像。

这些数据将使用可伸缩的仪表长天线传回地球，或者甚至可能使用灯光来促进基于激光的通信，这些通信可以将信号聚焦回地球。

这似乎足够标准。那些图像究竟应该向我们展示什么？

其中还有另一个未知数。当天文学家评估其他世界的可居住潜力时，他们会查看大量不同的数据，包括行星温度，成分，与主星的距离，现有大气的迹象等等。很多这样的东西只能通过可以看到电磁频谱的不同类型的相机来测量。此时的纳米工艺将在相机上运行，​​与我们在智能手机上使用的不同。这对于真正理解行星或月球是否可以维持任何生命，或已经表现出生命迹象几乎没有帮助。

但是，当你考虑的目标是将多个小型航天器发送到远程系统时 多 在不到二十年的光年之后，你必须在某个地方削减成本。

即使这个东西在半人马座阿尔法星之旅中幸存下来，它应该如何长寿以收集足够的有用数据呢？

长寿对Starshot项目至关重要。纳米刀具需要保持动力数十年才能真正发挥其全部研究潜力。为此，突破计划提出了一种基于钚-238或Americ -241的机载能源，重量不超过150毫克。

基本上，随着钚或Americ同位素衰变，它将为一个超级电容充电，该电容可以打开StarChip组件，这些组件可以抢购图片并将其传回地球。还可以实施热电能源以利用纳米工艺正面温度随着其开始接近其他世界的大气而上升。

光伏 - 将太阳光转化为能量 - 也在考虑之中。大约六年前由日本测试的一个太阳帆原型IKAROS用太阳能电池在太阳帆的表面上涂漆。当纳米工艺最终使其脱离太阳系的边界时，这是不切实际的，但在此期间可能有用，以节省更多的电池电量。

最大的问题是，您是否可以在20到50年内保持这种廉价材料的可行性。在一个理想的情况下，可能更有可能发生的是，每个纳米工艺只能在相对较短的时间内收集数据 - 大约几个月。如果米尔纳和公司真的开始大规模生产这些东西，那么他们应该毫不费力地向各个方向发送一堆，以尽可能多地探索Alpha Centauri。如果我们不能直接干预并在新的方向上转移他们的运动，那么期望每个人多年来一直运作是非常不切实际的。

成本

米尔纳表达的目标是使每个纳米工艺大约花费构建iPhone的成本。每个SmartChip和lightail组合应该不会超过几百美元 - 而且目标是不断添加更好的技术，因为这些技术多年来变得越来越便宜。

实际上，这个项目中最昂贵的（可以说是最不可行的）部分是光束。我们谈论的是100千兆瓦的电力，持续两分钟才能解雇该死的东西。单个千兆瓦可以为700,000个家庭供电。这对于70,000,000个家庭来说足够了。

这足以让多个小国继续前进。这是典型核电厂产量的100倍。令人难以置信的是，他们如何将这么多的能量聚集到一个地方，将一堆纳米气体发射到太空中。

根据突破性网站上的一位评论者的说法，一次光束射击的总成本为70,000美元。

是的，我们会看到……