Il sogno di viaggiare in un altro sistema stellare, e forse anche trovare mondi popolati lì, è uno che ha preoccupato l'umanità per molte generazioni. Ma non è stato fino all'era dell'esplorazione spaziale che gli scienziati sono stati in grado di studiare vari metodi per compiere un viaggio interstellare. Mentre molti progetti teorici sono stati proposti nel corso degli anni, molta attenzione ultimamente è stata focalizzata sulle sonde interstellari a propulsione laser.

Il primo studio di progettazione concettuale, noto come Project Dragonfly è stato ospitato dall'Iniziativa per gli studi interstellari (i4iiS) nel 2013. Il concetto prevedeva l'uso di laser per accelerare una vela leggera e un veicolo spaziale al 5% della velocità della luce, raggiungendo così Alpha Centauri in circa un secolo. In un recente documento, uno dei team che hanno preso parte al concorso di progettazione ha valutato la fattibilità della loro proposta di vela leggera e vela magnetica.

La carta, intitolato "Progetto Dragonfly:Salpa verso le stelle, " è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Astra Astronautica . Lo studio è stato condotto da Tobias Häfner, un laureato dell'Université Paul Sabatier (UPS) Tolosa e un attuale ingegnere di sistema presso Open Cosmos Ltd. È stato raggiunto da membri di Oxford Space Systems, la Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), e AKKA Technologies.

Quando si tratta di concetti di missione interstellare, uno dei maggiori ostacoli è sempre stato il tempo di viaggio coinvolto. Come abbiamo mostrato in un precedente articolo, ci vorrebbe ovunque da 1, da 000 a 81, 000 anni utilizzando la tecnologia attuale per arrivare ad Alpha Centauri. Sebbene esistano diversi metodi teorici che potrebbero offrire tempi di viaggio più brevi, o coinvolgono la fisica che deve ancora essere dimostrata o sarebbe proibitivamente costosa.

Da qui il fascino di una vela di luce, che sfrutta i recenti sviluppi nella miniaturizzazione per creare un veicolo spaziale più piccolo e meno costoso. Un altro vantaggio, almeno teoricamente, è che un simile veicolo spaziale potrebbe essere accelerato a una frazione della velocità della luce, e sarebbe quindi in grado di coprire la vasta distanza tra il nostro sistema solare e la stella più vicina in pochi decenni o un solo secolo.

Come notato, l'i4iS - un'organizzazione di volontari che si dedica a rendere i viaggi spaziali interstellari una realtà nel prossimo futuro - ha lanciato il primo studio di progettazione concettuale per le vele di luce nel 2013. Questo è stato seguito nel 2014 con un concorso per progettare un veicolo spaziale che sarebbe stato in grado di raggiungere Alpha Centauri entro 100 anni utilizzando tecnologie esistenti oa breve termine.

I quattro finalisti hanno presentato i loro progetti in un workshop tenutosi presso la British Interplanetary Society nel luglio 2015. Il concetto presentato dal team dell'Università tecnica di Monaco ha vinto, che ha poi lanciato una campagna Kickstarter per raccogliere fondi per il loro design. Il progetto presentato dal team dell'Università della California, San Diego, si è successivamente evoluto nel design di Breakthrough Starshot di Breakthrough Initiatives.

L'autore principale Hafner e i suoi colleghi facevano parte del team CranSEDS, che consisteva di ingegneri e scienziati della Cranfield University nel Regno Unito, lo Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) in Russia, e UPS in Francia. In questo ultimo studio, lui e alcuni dei suoi ex membri del team hanno presentato il loro concetto di missione come parte di uno studio di fattibilità.

Per il bene di questo studio, hanno considerato ogni aspetto dell'architettura della missione di una vela di luce. Questo variava dalla dimensione della vela, i materiali utilizzati per costruirlo, la dimensione dell'apertura del laser, il posizionamento del laser, il peso dell'astronave, e il metodo utilizzato dal veicolo spaziale per decelerare una volta che si è avvicinato alla sua destinazione.

Alla fine, l'architettura della missione che hanno inventato richiedeva l'uso di 100 GW di potenza laser per accelerare un veicolo spaziale da 2750 kg (~6000 libbre) al 5% della velocità della luce, con un tempo di viaggio di circa un secolo per Alpha Centauri. La vela sarebbe composta da un monostrato di grafene di 29,4 km di diametro (18,26 mi), richiedendo così un laser con un'apertura di 29,4 km (18,26 mi) di diametro.

Questo laser sarebbe posizionato in prossimità del sole (o al punto di Lagrange L1 Terra-Sole o in orbita Cislunar) e sarebbe alimentato da enormi pannelli solari. Per rallentare, il veicolo spaziale getterebbe a mare la vela leggera e dispiegherebbe una vela magnetica costituita da fili metallici. Questa vela formerebbe una struttura ad anello di circa 35 km (22 mi) di diametro e del peso di 1000 kg (2200 libbre).

Una volta schierato, la vela magnetica avrebbe intercettato il plasma dal mezzo interstellare e il vento solare da Alpha Centauri per decelerare ed entrare nel sistema. Questa architettura, concludono, raggiungerebbe un equilibrio tra massa e velocità, consentire alla missione di raggiungere Alpha Centauri in poco più di 100 anni, e consentirgli di condurre operazioni scientifiche all'arrivo.

Come indicano nel loro studio, questo tipo di architettura di missione offre molti vantaggi, non ultimo il fatto che un veicolo spaziale più grande sarebbe in grado di trasportare più strumenti e raccogliere più dati scientifici di un veicolo spaziale su scala grammo (come con lo StarChip di Breakthrough Starshot). Come hanno concluso:

"Sia [la vela laser che le vele magnetiche] hanno il vantaggio che nessun propellente deve essere trasportato nel veicolo spaziale... La missione si basa su tecnologie attualmente disponibili o in fase di sviluppo, ma avrebbe bisogno di ampi miglioramenti per costruire effettivamente l'infrastruttura spaziale richiesta... Con una base di missione multi-veicolo spaziale, il sistema laser viene utilizzato per un periodo di tempo ragionevole. Le lezioni apprese e i dati raccolti dal primo veicolo spaziale potrebbero essere utilizzati per migliorare i successivi".

Riconoscono anche le sfide che tale missione comporterebbe, che includono la necessità di strutture chilometriche nello spazio. Tali strutture dovrebbero essere costruite in orbita, che richiederebbe prima lo sviluppo di strutture di fabbricazione orbitale. Ed ovviamente, il laser e altri sistemi cruciali avranno bisogno di ulteriore perfezionamento e sviluppo. Tuttavia, il concetto, secondo il loro studio, è fattibile e tecnicamente valido.

Alcuni, però, hanno i loro dubbi. Ad esempio, c'è il dottor Claudius Gros, un fisico teorico dell'Istituto di fisica teorica dell'Università Goethe di Francoforte. Gros è un sostenitore di lunga data dell'uso della tecnologia della vela laser per costruire un veicolo spaziale interstellare, e ha condotto un lavoro teorico sull'uso di vele magnetiche per rallentare un simile veicolo spaziale.

È anche il fondatore di Project Genesis, una proposta per inviare veicoli spaziali a vela laser dotati di fabbriche di geni o capsule criogeniche ad altri sistemi stellari, dove distribuirebbero la vita microbica a "esopianeti transitoriamente abitabili - cioè pianeti in grado di sostenere la vita, ma non suscettibili di dar luogo ad essa da soli. Come ha espresso a Universe Today via e-mail:

"Per quanto riguarda la decelerazione con un campo magnetico, ciò non è effettivamente possibile entro i parametri assunti. Ci vorrebbe una vela magnetica del peso di diverse centinaia di tonnellate per fare il lavoro quando l'imbarcazione naviga al 5 percento della velocità della luce e quando deve fermarsi entro 20 anni, come ipotizzato nel presente documento. Per accelerare un mestiere così pesante, sarebbero necessari sistemi di lancio molto più potenti."

Il concetto di utilizzare laser o vele solari per condurre missioni interstellari ha radici profonde. Però, è stato solo negli ultimi anni che gli sforzi per creare tali veicoli spaziali si sono davvero uniti. Attualmente, ci sono molti concetti che offrono diverse architetture di missione, tutti hanno la loro parte di sfide e vantaggi.

Con molteplici proposte ora in fase di sviluppo, tra cui la proposta di Haefner e del suo collega, il concept Dragonfly di ii4S e Breakthrough Starshot:sarà molto interessante vedere quale (se presente) degli attuali concept di vele di luce tenterà di compiere il viaggio verso Alpha Centauri nei prossimi decenni.

Sarà uno che arriva nelle nostre vite, o uno che è in grado di restituire più dati scientifici? O potrebbe essere una combinazione dei due, una sorta di accordo a breve/lungo termine? Difficile da dire. Il punto è, il sogno di organizzare una missione interstellare potrebbe non rimanere un sogno ancora per molto.