Lidé se asi jen tak nevydají do vesmíru rychlostmi, které by se blížily rychlosti světla. O kosmických lodí to ale už tak stoprocentně neplatí, alespoň pokud jde o nanosondy. Projekt Breakthrough Starshot bezostyšně počítá s tím, že s pomocí šikovných nanotechnologií a mocných laserů vyšle nanosondy k nejbližším hvězdám. A možná budou mít i posádky, pokud se podaří přemluvit želvušky s hlísticemi.
Jestli se tento ambiciózní projekt nebo nějaký jemu podobný uskuteční, tak v ne až tak daleké budoucnosti vyrazí ke hvězdám nanosondy rychlostí kolem 60 tisíc kilometrů za sekundu, čili asi jednou pětinou rychlosti světla. Pohánět je přitom nebude klasický reaktivní pohon ale tlak záření výkonných pozemních laserů do plachet nanosond. Takto poháněné sondy by mohly doletět k nejbližším hvězdám a planetám za dobu kratší, než je průměrný lidský život.
Vývoj laserových nanosond pochopitelně přináší řadu nemalých obtíží. Jedním ze zásadních problémů je konstrukce světelných plachet, které budou tyto nanolodě pohánět ke hvězdám. Mezihvězdný let na ně klade značné nároky, které jsou často dost protichůdné.
Například, plachta nanosondy by měla mít ideálně šířku několik metrů. Zároveň by měla být dostatečně mechanicky odolná, aby vydržela intenzivní tlak záření, ale také by měla mít tloušťku jen zhruba 100 nanometrů a vážit maximálně pár gramů. Plachta nanosondy by rovněž měla odrážet většinu záření laserového paprsku v oblasti blízce infračerveného záření, protože právě odraz záření vytváří potřebný tlak. Současně by měla vyzařovat středně infračervené záření kvůli chlazení.
Není to ale beznadějné. Ognjen Ilic z Caltechu v kalifornské Pasadeně a jeho spolupracovníci ve své nové studii zjistili, že nanofotonické heterostruktury mají dostatečný potenciál na to, aby se mohly stát reálně použitelným materiálem pro plachty relativistických nanosond.
Dosavadní návrhy designu takových plachet byly založeny na ultratenkém hliníku, rozmanitých polymerech i uhlíkových vláknech. Nanofotonické heterostrukury ale oproti nim nabízejí řadu výhod. Mohou totiž manipulovat světlem v menších měřítcích, než jsou vlnové délky záření. Díky tomu mohou požadovaným způsobem záření odrážet i vyzařovat. Příkladem může být materiál z vrstvy křemíku, který dobře odráží a špatně chladí, a vrstvy křemene, který málo odráží, ale zase obstojně chladí vyzařováním.
První vesmírnou plachtu, kterou pohánělo sluneční záření, otestovala japonská agentura JAXA v roce 2010. Solární plachetnice IKAROS dolétla za 6 měsíců k orbitě Venuše, přičemž změna její rychlosti za tuto dobu, způsobená tlakem slunečního záření, byla 100 metrů za sekundu. Konstruktéři teď pracují na plachtách, které by poháněly sondu rychlostí několik kilometrů za sekundu, čímž by konkurovaly sondám s reaktivním pohonem. Na druhou stranu, solární pohon je sice zadarmo, není ale příliš výkonný. Zato soustava výkonných laserů by mohla odpálit nanosondy až ke hvězdám.
Video: What is Breakthrough Starshot?
Literatura
Phys.org 6. 9. 2018, Nano Letters online 31. 7. 2018.
Milner s Hawkingem chtějí doletět k Alfa Centauri za 20 let
Autor: Stanislav Mihulka (13.04.2016)
Pohánějí rychlé rádiové záblesky vesmírné plachetnice cizích civilizací?
Autor: Stanislav Mihulka (12.03.2017)
Už známe první kandidáty pro mezihvězdný let: Háďátka a želvušky
Autor: Stanislav Mihulka (08.11.2017)
Diskuze:
Fakt díky za odkaz.
Jiří Pospíšil,2018-09-08 17:30:04
V něm je to správně. Jde o přírustek rychlosti, získaný plachtou za půl roku. No ulevilo se mi. Náš autor by měl být pozornější.
Jiří Pospíšil,2018-09-08 17:08:50
Rychlost 100 m/s je rychlost desetkát překonávající sprintery. Sonda řítící se vesmírem k Venuši rychostí 360 km/hod. mi přijde nějaká divná. Musel jsem se znovu podívat, jestli to nebylo o 100 m/s. Ale nebylo. Je tam jasně napsáno, že "Solární plachetnice IKAROS dolétla za 6 měsíců k orbitě Venuše, přičemž ji sluneční záření urychlovalo až na 100 metrů za sekundu." Fakt "až na".
V duchu mi to nedá, že by bylo se sluneční soustavou něco úplně jinak, než nás učili ve škole. Že by šlo provádět meziplanetární lety tak úspornou rychlostí a že by Venuše byla tak blízko? Když uvážíme, že dráha letu sondy je eliptická, tak to bude vysloveně kousek. Ta sonda by uletěla něco přes 1500000 km a to jí stačí k tomu, aby se šikmo příblížila Venuši. Tuhle vzdálenost jsem už skoro autem najezdil a to nejsem řidič povoláním.
Re:
Pavel Hudecek,2018-09-09 13:27:34
Na zde zmíněné stránce:
https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/i/ikaros
mimo jiné píšou: "ΔV of 100 m/s was achieved within half a year." Delta V je změna rychlosti, tedy rychlost se za půl roku změnila o 100 m/s.
Dále v tom samozřejmě figuruje oběžná rychlost země (30 km/s) a oběžná rychlost sondy okolo ní. Takže máme sondu obíhající na (nejspíš hodně excentrické) orbitě okolo Země, kam ji vynesla nosná raketa. Sonda zrychluje, až Zemi uletí. Při správné orientaci té primární orbity proti oběžnému směru Země, dostane sonda proti zemi nižší solární oběžnou rychlost a tak se nachází na vrcholu elipsy, která má naopak nejnižší bod v místech, kde bude tou dobou Venuše. Cestou zas trochu upraví vektor rychlosti, aby ji mohla Venuše zachytit.
Pro T.Bílka
Patrik Tušer,2018-09-08 07:26:39
Pane Bílku To jste si popletl. V textu článku není slovo zrychlení. Zrychlení jste zavedl až v diskusi Vy. Té rychlosti 100m/s sonda Ikaros dosáhla za půl roku. Pokud se Vám to zdá hodně, zde je pramen is dalším podrobnostmi: https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/i/ikaros
Zrychlení
T. Bílek,2018-09-07 13:27:18
Zrychlení 100m/s pomocí slunečního větru u sondy Ikaros? Můžete dát nějaký odkaz, který to potvrzuje?
Re: Re: Zrychlení
T. Bílek,2018-09-07 14:51:45
Měl jsem Osla za seriózní zdroj informací. Buď je to tedy (velmi) špatně a v tom případě mi udivuje, že jsem jediný, kdo se na tím podivuje a nebo neumím počítat...
Re: Re: Re: Zrychlení
Davidx Brazina,2018-09-07 14:59:44
100m/s hlavně je rychlost a ne zrychlení. Tam jsou jednotky přece jine. ke i kdyby to bylo zrychlení těch 100m/s^2 tak je to jen desetkrát více než na zemi. V čem je problém?
Re: Re: Re: Re: Zrychlení
T. Bílek,2018-09-07 17:11:37
Problém je v tom, že v textu se mluví o zrychlení - ještě je to umocněné slovem zrychlovaO.. Tj, pokud se měl text převést na vzorec, tak je to m/s2. Ano, uvedl jsem špatně jednotku ve svém příspěvku.
Re: Re: Re: Re: Re: Zrychlení
Davidx Brazina,2018-09-07 17:39:46
A v čem byl tedy ten hlavní problém?
Re: Re: Re: Zrychlení
Pavel Hudecek,2018-09-07 14:59:55
Jediný určitě nejste, jen jste první kdo o tom píše do diskuse. Vzhledem k tomu, že v jednotkách není čas na druhou, je otázka, co se těmi čísly vlastně myslí.
Re: Re: Re: Zrychlení
Vojta Ondříček,2018-09-07 15:18:55
Nejste jediný, ale asi nemá smysl upozorňovat do nekonečna na nesmysly.
Ten údaj 100m/s se mi nepodařilo nikam k textu článku zařadit. Tlak slunečního větru je celkem slabý a vzhledem ke hmotnosti plachty a hmotnosti vehiklu samotného se zrychlení slunečním větrem odehrává v celkem nepatrných rozměrech.
Ve Wiki k tomu píší:
... testete Japan 2010 IKAROS erfolgreich: Während sechs Monaten betrug die durch Lichtdruck bewirkte Geschwindigkeitsänderung 100 m/s.
Podstatné: během šesti měsíců způsobil tlak světla sondě IKAROS změnu rychlosti o 100m/s
A šest měsíců (pozemské jednotky času) dává na 16 milionů sekund, takže tu máme zrychlení zhruba 6µm/s^2 (jesli jsem se nesplet).
komunikace
David Oplatek,2018-09-07 12:01:32
Jak by byla řešena komunikace, kdyby se povedlo sondu poslat až k cizí hvězdě? Máme problémy pořádně komunikovat s Voyagerem a tady se bavíme o několika světelných letech a miniaturních velikostech (= tedy rádiových výkonech).
Re: komunikace
Pavel Hudecek,2018-09-07 14:57:51
Tady asi přichází v úvahu spolupráce většího počtu sond a směrové vysílání na principu aktivního anténního pole, jako to mají nejmodernější radary. Stovky sond rozprostřené na ploše o velikosti v řádu km až desítek km už mohou dosáhnout slušné směrovosti a tím dohnat nedostatek výkonu.
Jinak je to obecně dost náročná věc. Před několika lety jsem zkoušel počítat, na jakou vzdálenost se dají detekovat běžné signály ze Země a moc to nebylo. Druhá mocnina vzdálenosti je sviňa:-) Navíc jsem si všimnul, že období snadno detekovatelných signálů postupně končí. Dnes se vysílá menšími výkony a moderní přenosové protokoly stále více připomínají šum. Zajímavé je, že tyto signály lze dobře chytat i pod úrovní šumu, ale jen za předpokladu, že je přijímač určen přesně pro daný typ signálu a při detekci používá správný kód. Proto je dnes tak snadné mít velký počet vysílačů v jednom pásmu, viz třeba mobily, wifi a pod. GPS mají také společnou frekvenci, satelity na ní vysílají kontinuálně, ale přijímač je rozliší podle kódů. Ale právě proto trvá tak dlouho, než se chytí. Konvenčně udělaný přijímač nemá šanci stejně malou anténkou GPS zaznamenat.
Re: Re: komunikace
Davidx Brazina,2018-09-07 17:43:51
Ale pořád neřeší vzdálenost. Jedině že by to zpracovávali proudové, pak by zpoždění hrálo roli ne moc velkou.
Re: Re: Re: komunikace
David Oplatek,2018-09-09 07:08:34
Taky je treba uvazovat posun frekvence, coz podle me diskvalifikuje alespon castecne frekvencni a fazovou modulaci. Rychlost komunikace bude asi zavratne pomala, mnozstvi odeslanych dat tak omezene. Inzenyri by se nemuseli stydet mozna ani za Morseovku...
Re: Re: Re: Re: komunikace
Pavel Hudecek,2018-09-09 12:48:24
Posun frekvence moc nevadí, jelikož je dobře definovatelný. Rozhodně nepochybuji o tom, že komunikace bude pomalá, aby to bylo hodně úzkopásmové, ale nepřekvapilo by mě použití nějaké moderní modulace, jako QAM, APSK, BPSK a pod.
FM se na toto skutečně nehodí, ale je to hlavně proto, že má široké pásmo a nedá se lovit z šumu. FM se prakticky nehodí/nepoužívá k ničemu jinému, než je analogový přenos zvuku, když je předpoklad, že signál bude dost silný. Pro ni platí tzv. pravidlo 3 dB, jehož hranice jsou +6 (signál dokonale čistý) a -6 (signál zcela zmizí).
Naopak u modulací odvozených z AM je přechod zcela plynulý, tedy signál není nikdy absolutně čistý, ani nikdy absolutně nezmizí. A lovit ze šumu lze také i modulace odvozené od fázové. Třeba GPS má BPSK.
Re: Re: Re: Re: Re: komunikace
David Oplatek,2018-09-09 15:09:25
Šum možná výsledný signál zdeformuje natolik, že nebudou stačit ani samoopravné mechanismy, ať už budou jakékoli. Ale je to jen můj ničím nepodložený názor. Docela by mě zajímalo, zda se někdo těmito problémy profesionálně věnoval.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: komunikace
Martin Grajcar,2018-09-09 20:35:39
Budou, to je matematicky dokazano. Prenaset se da pri libovolne velkem sumu, jen klesa rychlost. Teoreticky je to davno zpracovano a prenos od sond na okraji Slunecni soustavy je malou praktickou ukazkou.
Re: Re: Re: komunikace
Pavel Hudecek,2018-09-09 13:35:24
Vzdálenost se řeší vysílacím výkonem, šířkou pásma a směrovostí. Že vysílaná data přijdou za dlouho je fakt, se kterým je nutno počítat, ale jinak z něj nic zajímavého neplyne. Netuším, co máte namysli tím "zpracovávali proudové".
Re: komunikace
Milan Krnic,2018-09-07 15:19:22
Bude to dlooooouhatananánský jakoby řetěz sond přes celou galaxii, vzájemně spolu kvantově komunikujících v mandarínštině. Testy běží.
IKAROS ?
Jiří Gutman,2018-09-07 09:41:58
Že dokáží normální plachetnice plout do jisté míry proti větru vím, ale jak to dělala sonda IKAROS, aby doplula proti slunečnímu větru od Země k Venuši?
Re: IKAROS ?
Branislav Magula,2018-09-07 10:12:32
Sonda sa na svojej dráhe nepohybovala proti Slnku... https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions/i/ikaros
Re: Re: IKAROS ?
Jiří Pospíšil,2018-09-08 04:01:39
Ve sluneční soustavě se nelétá přímo. Ta sonda může letět k Venuši tím, že protáhne svou elipsu a je řízena tak, aby byla v periheliu stejně daleko a ve stejný čas blízko místa, kdy tudy prolétá Venuše. V otáčivé soustavě nejde namířít na Venuši a doletět tam.
Re: IKAROS ?
Vojta Ondříček,2018-09-07 15:30:58
No, to tvrzení, že plachetnice dokáže plachtit proti větru je velmi odvážné. Faktem je spíš, že se proti větru dá křižovat, to znamená, plout s bočním větrem po trajektorii s úhlem menším 90° v ose větru.
Ve Vesmíru se dostane sonda poháněná sluneční plachtou na nižší orbitu zmenšováním její orbitální rychlosti. Toho lze docílit vhodným směrovým nastavením plachty, čímž se ovšem zmenší aktivní průřez plochy plachty a tedy i její účinek. Ta trajektorie takhle poháněného vehiklu je dost komplikovaná, neboť se takováhle sonda musí prvně dostat z dosahu gravitace Země.
Re: IKAROS ?
Jiří Pospíšil,2018-09-08 04:09:44
Dokážou, protože mají kýl a bok lodi, kterým se mohou opřít o vodu a kormidlo, které nastaví tak, aby se opřená o vodu kýlem a bokem loď udržela ve směru. Po určité době otočí a tak se pomalu blíží k cíli klikatou trajektorií. Proto se to také jmenuje křižování. Kdyby loď byla kulatá, neměla kýl a kormidlo, tak by křižovat nešlo.
Stačí jen mít dostatek energie a trefit se. Bude tím vyřešen i problém propalování PRCFO.
Josef Hrncirik,2018-09-07 08:46:08
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
