Inviare sonde di 1gr alla velocità di 0,2c verso Alfa Centauri, cosa succede quando arrivano?

Ho letto l’interessante articolo del link, in effetti in un qualche modo bisogna iniziare se si vogliono sperimentare nuove tecnologie ed avere la possibilità di allargare gli orizzonti umani futuri.

Ma nonostante la sonda Starshot sia estremamente leggera, sono riusciti a ricavare delle vele per la propulsione che saranno 1 mt quadro.

Dato che puntiamo verso una stella, questa a sua volta emetterà dei fotoni che faranno rallentare la nostra Starshot, quando sarà fuori dal dominio terrestre da parecchi anni.

Si suppone anche che Starshot debba subire delle correzioni di traiettoria, ma man mano che si avvicina sarà la gravità del sistema stellare eventualmente ad attirarla se siamo stati così bravi da riuscire a mirare ad almeno alla sfera d’influenza della gravità di Alfa Centauri.

Ammettiamo d’essere in caduta libera verso l’esopianeta del corpo B di Alfa Centauri, munito d’atmosfera simile a quella terrestre e nella configurazione indicata, che ricordo ha una vela per la propulsione iniziale e la cui velocità sarà alterata da un paio di fattori, l’emissione dei fotoni di Alfa Centauri e la gravità che le stesse sono in grado d’esercitare. I fotoni di Alfa Centauri colpiranno perpendicolarmente la vela di Starshot perché era già orientata alla partenza e l’effetto sarà mutevole man mano che ci si avvicina. Immagino che della sonda e della vela a qualunque velocità d’impatto che sarà ipotizzabile sia inferiore a 0,2c ma non so di quanto, sarà vaporizzata per effetto del suo fattore di forma, dato che la nostra sonda non è un oggetto di 1 gr e del diametro di 0,1 mm e resistente a 20.000°C.

Non dimentichiamoci che 0,2c è = 300.000 km/s x 0,2 x 3.600 ≈ 216 Mln di km/h, non si tratta di una bazzecola, soprattutto se intendo usare una vela solare avrò delle importanti limitazioni, infatti, la spinta solare diminuisce con il quadrato della distanza e annettendo che la vela si a di 1.000 m^2 e il peso di soli 10 gr, (le vele saranno leggere come le ali di una farfalla) avremo:

Questi dati semplici e grezzi, fanno diventare Alfa Centauri un sogno se vuoi raggiungerla con una propulsione simile che raggiunge max 0,0017345c, ed è per questa ragione che inizialmente faranno uso di luce terrestre, cioè una schiera di laser a terra colpisce la vela riflettente, accelerandola molto più di quanto potrebbe fare la luce solare.

Però intuitivamente dico che, sarà estremamente difficile puntare dritti ad un esopianeta così distante, se non ho sistemi di auto correzione della rotta, mi schianterò su A o su B o addirittura passerò così lontano da non essere catturato ma proseguire con una traiettoria leggermente deviata.

Confronto fra l’orbita apparente e quella reale delle componenti primarie di α Centauri; l’ellisse ampia indica la forma reale dell’orbita della componente B attorno ad A, mentre l’ellisse schiacciata e inclinata indica l’orbita come appare vista dalla Terra. Fonte: Alfa Centauri – Wikipedia

A questo punto il sottoscritto devia leggermente dal quesito perché inizia a porsi mille domande su quali siano gli aspetti cruciali di una missione simile, senza pretese alcune, ma focalizzandosi su alcuni in particolare.

Quando Starshot arriverà in posizione, l’elemento B che ha un pianeta che vi orbita intorno, in che posizione sarà rispetto ad A, dietro, davanti …?

Puntare su Alfa Centauri che dista 4,3 anni luce è come sparare ad un bersaglio mobile, ma con in gioco grandezze enormi. Devi considerare il tempo di accelerazione e di viaggio a velocità costante e prevedere dove sarà Alfa Centauri quando arrivi lì, valutando che non è esattamente nella posizione in cui la si osserva.

Sbagliare di 01″ di grado (0.0002777777777777778°) alla distanza di 4,365 anni luce, significa transitare 800 UA lontani dall’obiettivo.

Perciò la sonda dopo essere stata fatta puntare sul suo obiettivo, dovrebbe essere in grado di correggere la traiettoria autonomamente. Questo implica capacità elaborative dedicate a prova di radiazioni, dei micro propulsori, sarebbe opportuna la possibilità di sganciarsi dalla vela prima di fare le correzioni di traiettoria, anzi forse appena da Terra si smette d’usare il laser per la propulsione. La fotocamera per identificare la configurazione del sistema stellare al momento in cui si trova ai suoi margini per puntare correttamente sul pianeta di B, deve avere una definizione sufficiente. In pratica sarebbe come voler fotografare la Terra da da distanze superiori a 300UA con una fotocamera installata su un cubo grande come un francobollo. Si dovranno sviluppare tecnologie nuove forse a spuntarla saranno le lenti liquide che necessiteranno di ulteriori sviluppi o altre tecnologie resistenti a -250°C, infine il sensore della fotocamera, che dovrebbe avere una definizione minima di 400 megapixel su un sensore da 1/2,5″ di 4,29×5,76 mm di lato con il singolo pixel di 0,000263 mm di lato, cioè 16 volte più elevato dello standard di mercato attuale. Ovviamente la lente dovrà essere all’altezza e garantire questa elevata definizione, oltre ad avere la possibilità di lavorare con angolo di campo diverso, 90° per cercare e poi fino a 2° per studiare dettagli. Sarebbe opportuno che i lati del cubo avessero funzione di celle fotovoltaiche in modo da accumulare energia, oppure se utilizzano una micro batteria betavoltaica grazie al dimezzamento dell’isotopo radioattivo del Nichel-63, dura 100 anni, quindi calcolare i dispositivi per la potenza disponibile dopo 50 anni, sarebbe una fonte energetica disponibile fin quando non sono vicino ad Alfa Centauri.

L’invio preliminare di oggetti simili all’interno del sistema solare per raccogliere dati per perfezionare Starshot sarebbe un approccio iniziale preferibile.

Quindi la sonda dovrà essere in grado di raccogliere energia in modo autonomo dalle stelle a cui è vicina per essere autonoma dal punto di vista energetico in quanto non è ipotizzabile che delle batterie possano durare così tanto a temperature prossime a 3°K (-270°C), quindi le vele potrebbero avere una duplice funzione ma ciò aumenterebbe il peso non di poco, quindi, la vela fa solo una funzione.

Le potenziali capacità di raccolta dati della sonda che avverranno dopo molto tempo: 6 anni di studi e sviluppo, 22 anni per il viaggio e altri 4 anni per ricevere i risultati, non dovranno essere inferiori a quello che teoricamente noi potremmo ottenere fra 32 anni con un nuovo telescopio spaziale. Perciò su un oggetto così piccolo ci si dovrà concentrare per installare sensori che potranno fornire informazioni esclusive, piuttosto che superare future tecnologie terrestri. Poi se lo scatolotto (sonda) non è un francobollo ma ha i lati doppi, sarebbe già un’impresa meritevole che porterebbe a potenziali impieghi alternativi incredibili per continuare la ricerca nel nostro sistema solare e altro sulla Terra.