En unas pocas décadas, la iniciativa Breakthrough Starshot espera enviar un velero al sistema vecino de Alpha Centauri. Usando una vela ligera y una matriz de láser de energía dirigida, una pequeña nave espacial podría acelerarse al 20% de la velocidad de la luz (0,2 c). Esto le permitiría a Starshot hacer el viaje a Alpha Centauri y estudiar cualquier exoplaneta allí en solo 20 años. cumpliendo así el sueño de la exploración interestelar dentro de nuestras vidas.

Naturalmente, este plan presenta una serie de desafíos logísticos y de ingeniería, uno de los cuales implica la transmisión de datos a la Tierra. En un estudio reciente, El director de Starshot Systems, Dr. Kevin L.G. Parkin analiza la posibilidad de utilizar un láser para transmitir datos a la Tierra. Este método, argumentó Parkin, es la forma más eficaz para que la humanidad pueda vislumbrar lo que hay más allá de nuestro sistema solar.

El autor del estudio, Dr. Kevin Parkin, se ha desempeñado como director de sistemas de Breakthrough Starshot desde 2016. Antes de esto, la Federación Rusa de Astronáutica y Cosmonáutica le otorgó la Medalla Korolev por su innovador trabajo en propulsión térmica por microondas. También fundó la empresa aeroespacial con sede en San Francisco Parkin Research, que se especializa en el desarrollo de tecnologías de ahorro de costes.

Abordar el problema de un enlace descendente de comunicaciones, El Dr. Parkin buscó calcular la mejor opción para una vela y una nave espacial integradas (nave de vela). Para tal fin, consideró la posibilidad de un transmisor láser de haz estrecho a bordo del velero Starshot de 4,1 m (13,45 pies) de diámetro, que comenzaría a transmitir a un telescopio de 30 metros (~ 100 pies) en la Tierra una vez que llegara a Alpha Centauri.

Esta matriz tomaría la forma de una matriz óptica en fase de 100 vatios (incrustada en la propia vela) que utiliza láseres para transformar la energía del medio interestelar (ISM). El Dr. Parkin prevé que la matriz transmitiría datos a una longitud de onda de 1,02 micrómetros, que luego sería recibido a 1.25 micrómetros por el telescopio, lo que coloca las transmisiones en el espectro del infrarrojo cercano / ultravioleta cercano.

Este tipo de enlace descendente presenta muchas ventajas sobre las comunicaciones que se basan en transmisiones de ondas de radio o microondas. Como dijo el Dr. Parkin a Universe Today por correo electrónico:

"En relación con las microondas, los láseres tienen una longitud de onda mil veces más corta, y así formar un haz mucho más estrecho desde Alpha Centauri a la Tierra ... La ventaja de transmitir 100 vatios sobre el área completa del velero es que el receptor terrestre se reduce a un telescopio de 30 metros, algo que es muy probable que exista en una o dos décadas ".

El Dr. Parkin también agregó que dentro de este mismo período de tiempo, Las mejoras en filtros y detectores permitirán conjuntos de telescopios de tipo medidor que puedan trabajar juntos para recibir señales de la nave espacial. Sin embargo, un sistema de comunicaciones de este tipo también tiene algunos inconvenientes, uno de los cuales está directamente relacionado con su naturaleza de haz estrecho. Básicamente, la matriz deberá apuntar con precisión a la Tierra para que se reciban los datos.

"Si el velero detecta la dirección relativa del medio interestelar, que apunta a la Tierra (o, por lo menos, donde estaba la Tierra cuando se lanzó el velero), "dijo el Dr. Parkin." A partir de ahí, tendrá que encontrar el sol. Luego, debido a que el ancho del haz es solo una décima parte de la distancia del sol a la Tierra, el velero tendrá que calcular o encontrar la posición relativa de la Tierra y apuntar hacia ella ".

Sin embargo, esto se puede superar enviando varias naves espaciales, que está en consonancia con la visión general de Starshot. Durante años, Breakthrough Initiatives ha estado contemplando cómo una flota de "nanocraft" remolcados por una vela ligera que pesa solo unos pocos gramos podría permitir el viaje y la exploración interestelares. Como explicó el Dr. Parkin:"La economía favorece los lanzamientos ligeros y, a menudo, como un velero de 4 gramos por semana (el costo de energía es de solo $ 6 millones). Esto significa que no habrá solo un enlace descendente, pero muchos enlaces descendentes. Visto desde la Tierra, los diversos veleros se alinearán en el cielo, formando una especie de oleoducto de veleros en varias etapas de encuentro con Alpha Centauri ".

Un beneficio adicional de enviar varias naves espaciales con enlaces descendentes directos, agrega el Dr. Parkin, es la posibilidad de enlaces cruzados entre ellos. En este escenario, la conexión a la Tierra se convertiría en una canalización de datos propia, una canalización dentro de una canalización. Esto reduciría el riesgo de perder datos esenciales y permitiría a los veleros que ya han pasado por el sistema Alpha Centauri transmitir información a los que todavía están en ruta.

Una recomendación final que hizo el Dr. Parkin en el documento fue la inclusión de un algoritmo distribuido que permitiría que la nave espacial funcionara en tándem y con cierto grado de autonomía. cada uno responsable de mapear una parte diferente del sistema Alpha Centauri. El Dr. Parkin indica que esto reduciría el "ciclo decisión-acto, "que es increíblemente lento en distancias interestelares:

"Las ventajas de hacer eso son enormes:todo el sistema podría explorarse y mapearse antes de que los primeros datos lleguen a la Tierra. En teoría, el primer velero podría detectar un planeta distante como un punto de luz que se mueve entre imágenes, y sobre esa base, restringir su órbita para que el próximo velero pueda maniobrar para pasar a menor distancia, resolución de detalles superficiales. Los veleros posteriores pueden construir mapas, características de la superficie de la pista, y descubrir la mayoría de los planetas y lunas del sistema a lo largo del tiempo ".

Para romperlo todo El Dr. Parkin imagina una flota de veleros que realizan exploraciones automatizadas de sistemas estelares distantes. El primero en ingresar al sistema sería responsable de mapear los planetas y las lunas, la próxima ola caracterizaría sus órbitas, y los que siguen los observarán de cerca y trazarán mapas y monitorearán sus superficies.

En este sentido, el concepto presentado aquí aborda uno de los mayores desafíos de la exploración interestelar, que es la dificultad de comunicarse con sondas a distancias tan grandes. El profesor Abraham Loeb, profesor de ciencia Frank B. Baird Jr. en la Universidad de Harvard y presidente del Comité Asesor de Breakthrough Starshot, le dijo a Universe Today por correo electrónico:

"El enlace de comunicación que aborda el artículo de Kevin es uno de los mayores desafíos para el programa Starshot. La gran distancia a la estrella más cercana, 4,24 años luz, y la baja potencia de la transmisión, implica una señal débil y, por tanto, un gran receptor en la Tierra. No hay oportunidad de enviar comandos a la nave espacial en tiempo real porque el viaje más corto de dos vías de señales de luz tomaría 8.48 años ".

Finalmente, El Dr. Parkin abordó la cuestión candente de qué debe suceder antes de que se pueda realizar un proyecto de esta naturaleza. Si bien el documento presenta varias soluciones creativas al desafío de las comunicaciones, Uno de los problemas más generalizados que persigue a Starshot es el hecho de que los avances e innovaciones futuros son necesarios para llevarlo al ámbito de la rentabilidad.

"Para realizar todas las capacidades de un velero como se describe aquí puede llevar 100 años, o puede ser un subproducto de la investigación impulsada comercialmente en las próximas décadas, ", dijo." Las matrices en fase de microondas se han utilizado durante 50 años, pero las matrices ópticas en fase aún no están aquí, y llevará mucho trabajo integrarlo en una vela de cerámica. La generación de energía a partir del medio interestelar es posiblemente exclusiva de Starshot y necesita investigación, pero la recompensa es que la potencia disponible para el enlace descendente es órdenes de magnitud mayor de lo que sería posible ".

Entonces otra vez todos y cada uno de los conceptos para la exploración interestelar o del espacio profundo presentan su parte de desafíos, algunos de ellos particularmente desalentadores. Y como tantos otros obstáculos técnicos que enfrenta el equipo de Starshot, estos desafíos tienen una forma de inspirar soluciones creativas e innovadoras. Mientras tanto, todo lo que podemos hacer es esperar y tener la esperanza de que se produzcan avances y se creen nuevas oportunidades.

Los estudios anteriores del Dr. Parkin incluyen el estudio de 2018, "El revolucionario modelo del sistema Starshot, "que apareció en Acta Astronautica . Este documento describe la misión y el concepto de Starshot en detalle y cómo beneficiaría la exploración humana, no solo en el dominio interestelar sino también dentro del sistema solar.