Как крошечный космический корабль, предложенный проектом Starshot, должен связываться с Землей?

Между ограничениями мощности и дифракцией с ограниченной апертурой я просто не понимаю, как это возможно.

Помимо массива гигаваттных лазеров, я считаю, что это одна из проблем, которую они надеются решить в ближайшие десятилетия.
Один «возможный путь», который, как я знаю, они не выберут , — это цепочка реле. Каждый год или около того запускайте новый корабль, формируя цепочку для ретрансляции радиосигнала на Землю. Конечно, проблемы с надежностью значительны.
Я задавался этим вопросом в течение многих лет.
@СФ. Разве они не должны работать на солнечной энергии?
breakinitiatives.org/Challenges/3 похоже, они задаются одним и тем же вопросом. Это один из тех «причудливых стартапов», когда кто-то богатый и знаменитый предлагает что-то нелепое (полет на Марс), а затем зарабатывает кучу денег, занимаясь чем-то другим (производя электромобили).
@Schlusstein: Текущий метод предполагает это - и одновременно не предлагает возможности радио. Они определенно должны были бы работать на солнечной энергии, но они могли бы нести собственную энергию для работы в межзвездном пространстве, чтобы обеспечить питание для работы реле.
Лично я считаю, что это может работать как химическая батарея. Есть химические процессы, которые можно довольно точно рассчитать по времени и, скажем, привести к разрыву мембраны, разделяющей два инертных вещества через 40 лет; при смешивании они начинают действовать как химическая батарея, обеспечивая электричество.
Как вы заметили, дифракция с ограниченной апертурой делает это невозможным. Для осмотра близлежащих звездных систем гораздо лучше потратить ресурсы на большой оптический интерферометр космического базирования.
Цепочка ретрансляторов должна быть очень плотной, потому что каждое космическое судно в цепочке имеет только очень маленькую параболическую антенну и очень ограниченную мощность передатчика. Влияние большой антенны DSN вместе с ее очень мощным передатчиком на максимальное расстояние передачи огромно. Если можно допустить выход из строя одного корабля из цепочки, то расстояние от корабля до корабля должно быть уменьшено вдвое. Отказ более чем одного космического корабля может быть допущен, если нет отказа двух соседних кораблей.
@Uwe Учитывая, что они питаются от солнечной энергии, я бы не ожидал, что они смогут генерировать достаточно энергии, чтобы вообще общаться в межзвездном пространстве. Я полагаю, что РИТЭГ в принципе можно сделать достаточно маленьким, чтобы поместиться на борту, но я не уверен, что они могут быть достаточно хорошо экранированы, чтобы не убить электронику из-за экстремальных ограничений по массе.
Если тарелка антенны намного меньше, чем обычно, из-за ограничений по массе, максимальное расстояние для цепи реле будет еще меньше. РИТЭГи следует располагать снаружи для лучшего радиационного охлаждения РИТЭГов.
И какова будет масса такого РИТЭГа?
@Schlusstein: РИТЭГи могут весить пару граммов, батареи кардиостимуляторов - пару граммов, и их можно разобрать до ~ 1-2 граммов. Добавьте еще один грамм суперконденсатора, и вы можете получить всплеск ~ 50 Вт в течение 10-20 секунд. Потом пару дней подзарядки...
Тот же самый лазерный массив GW, который их запустил, должен быть в состоянии обеспечить их достаточным освещением для питания солнечных батарей на довольно большом расстоянии. Я всегда предполагал, что после начального разгона у них будет вторичная фаза наведения, где они сформируются в монолитную структуру, которая позволит создать большую фазированную РЧ-решетку. Думая нестандартно, почему бы не дать им настраиваемую поляризацию поверхности? Они могли передавать нам данные с низкой пропускной способностью, изменяя полярность отраженного лазерного света. Я сегодня полон спекуляций.
Повторяющийся вопрос: как мы могли получить ответ от Breakthrough Starshot? . Имеет отличный ответ, хвалит тот, что здесь.
Можете ли вы объяснить, как ограничения мощности или дифракция с ограниченной апертурой могут быть проблемами, или мы должны просто догадаться, что вы имели в виду?

Ответы (4)

В видео основного докладчика (и бывшего директора NASA ARC) Пита Уордена (также здесь ) в докладе Breakthrough Discuss 2016 — Breakthrough Starshot ставится задача использования развернутого фотонного паруса (для начального лазерного ускорения) в качестве отражателя "тарелка" для оптической передачи обратно на Землю немного обсуждается. Выступавший считал, что это может стать одной из самых сложных технологических задач в краткосрочной перспективе, возможно, без решения в настоящее время или в ближайшем будущем.

Заставить крошечный космический корабль каким-то образом заставить тонкую мембрану в 300 ангстрем сформировать точную оптическую поверхность для коллимации оптической передачи действительно звучит довольно сложно.

Возьмем вспышку мощностью 100 Вт, отражатель 10 метров и расстояние 5 световых лет (5E+16 метров).

Фотоны с длиной волны 800 нм от простого твердотельного лазера III-V имеют энергию около 2,5E-19 Дж каждый, то есть 4E+20 фотонов в секунду. Полуширина диска Эйри 1,22 λ /d из 8E-08 радиан означает, что след на Земле имеет радиус 8E-08 x 5E+16 = 4E+09 метров. Радиус апертуры Чрезвычайно Большого Телескопа составляет около 20 метров, поэтому отношение площадей составляет 2,5E-17.

Поскольку мы передаем 4E+20 фотонов в секунду, это около 10 000 фотонов в секунду на приемнике!

Ваш пробег может варьироваться, но с точки зрения энергии количественно реалистичен.

Однако с инженерной точки зрения от этой отправной точки пришлось бы отступить. Образуя параболу длиной 10 м с λ /4 с 300-ангстремной пленки автоматически с использованием спутника размером с чип — довольно сложная задача — вероятно, никто не знает, как это можно сделать в данный момент.

Указание также важно; Какие звездные камеры можно было бы включить в крошечный чип, который обеспечивал бы точность наведения 0,02 угловых секунды, в настоящее время неизвестно.

Так что настоящей проблемой будет создание чего-то хотя бы отдаленно похожего на это. Для передачи значимых данных необходимо собрать миллионы фотонов. Вероятно, специализированные низкотехнологичные коллекторы фотонов в условиях микрогравитации будут лучше, чем дорогие наземные телескопы.

Первый семинар по обсуждению прорывов 2016 года прошел 15–16 апреля 2016 года в Стэнфордском университете при поддержке организации Breakthrough Initiatives и физического факультета Стэнфорда. Breakthrough Discuss — это форум, на котором ученые представляют и обсуждают передовые идеи в области освоения космоса. Семинар 2016 года был посвящен следующим трем направлениям:

  1. Оптический SETI и обнаруживаемость систем направленной энергии – под председательством Джилл Тартер

  2. Программы обнаружения экзопланет сосредоточены на Альфе Центавра — под председательством Оливье Гийона

  3. Солнце как гравитационная линза – под председательством Ави Леба

Ограничения мощности сложны, в частности, выбор источника энергии, масса которого ненамного превышает массу космического корабля. Неперезаряжаемые батареи имеют слишком короткий срок годности. Были опробованы такие маленькие двигатели внутреннего сгорания, но от них отказались. Миллиграммовый RTG + суперкап, возможно, с алмазной батареей , — единственный известный мне способ поддерживать скорость 40 Кбит/с до земного 30-метрового зеркала-рефлектора.

Подробности и ссылки здесь: https://space.stackexchange.com/a/17072/1235

У вас обязательно есть очень большой лазер на Земле, который может указывать на зонды (поскольку именно так вы их запускали). Конечно, это может привести их в действие.

Я думаю, что проблема связи может быть решена без межзвездного источника энергии. Что, если сверхмощные земные телескопы используются для получения сигнала с корабля, а сигналы кораблей отражают входящие лучи от мощного излучателя на Земле. Или Поскольку они являются микро-кораблями, в качестве сигнала используется определенный маневр или схема стайки.

Либо нам нужно будет запускать волны космических кораблей, чтобы сформировать сеть ретрансляционных сигналов, либо нам придется вручную возвращать космические корабли когда-нибудь в будущем. Энергию можно легко решить, используя тот же принцип «факельных кораблей» (то есть разбивая материалы корабля на энергию). Однако любое общение было бы практически невозможным.

Было бы хорошо объяснить, почему «любое общение было бы почти невозможным». Что является основанием для невозможности? Если вы просто не можете придумать способ сделать это в данный момент, это, вероятно, недостаточно хорошо, чтобы поддерживать это как ответ на обмен стеками. Если есть какие-то непреодолимые технические проблемы или законы физики нарушены, вы должны указать их явно. В противном случае это выглядит как личное мнение, а не правильный ответ.
Это не то, что означает «факел».
Космические корабли в качестве ретрансляторов почти никогда не работают. Большие тарелки и лучшие усилители, которые вы можете иметь на Земле, почти всегда перевешивают преимущества любого разумного количества реле.
Как крошечный космический корабль, предложенный проектом Starshot, должен связываться с Землей?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v