Wetenschapsforum

Professor Philip Lubin van de Universiteit van Californië in Santa Barbara en zijn collega’s geloven in een licht ruimtevaartuig dat aangedreven wordt door een laser. Het ruimtevaartuig heeft iets weg van een gigantisch zeil. Zo’n ruimtesonde zou de ster Alfa Centauri – op een afstand van vier lichtjaar van de aarde – in twintig jaar kunnen bereiken.
 
De laser word afgevuurd vanaf de aarde maar ik vraag mij af of een laserstraal een ruimtevaartuig zo ver het universum in kan sturen. Hoe zo'n bereik heeft een laserstraal?
 
http://www.scientias.nl/de-eerste-stap-naar-interstellaire-ruimtereizen-is-gezet/
 
http://www.scientias.nl/stephen-hawking-wil-ruimtevaartuig-naar-ster-alpha-centauri-sturen/

Voor zover ik begrepen heb is het idee om die laser alleen te gebruiken om het een initiele snelheid te geven, dus niet gedurende de hele reis. Mocht dat al werken is de vraag natuurlijk wel wat het nut is: stel dat je met 10 of 20 procent van de lichtsnelheid bij centauri aankomt, hoe rem je dan om er niet in een flits voorbij te razen?

Benm schreef: Voor zover ik begrepen heb is het idee om die laser alleen te gebruiken om het een initiele snelheid te geven, dus niet gedurende de hele reis.

Spijker op zijn kop. De hele tijd de laser laten branden heeft ook geen enkele zin: de fotonen botsen tegen het zeil aan en geven hun snelheid door aan het ruimtevoertuig. Weliswaar niet voor 100%, maar als ik het wel heb is het idee dat ze de 4,37 lichtjaar tot Alpha Centauri in twintig jaar te overbruggen.

De laser word afgevuurd vanaf de aarde maar ik vraag mij af of een laserstraal een ruimtevaartuig zo ver het universum in kan sturen.

 
In theorie wel. Je geeft zo'n superlichtgewicht sonde in korte tijd voldoende snelheid met een krachtige laserstraal, en na het uitschakelen van de laserstraal gaat de sonde zonder in het vacuüm af te remmen met enorme snelheid richting interstellaire ruimte. Overigens gaat het hier om een reisje naar het dichtstbijzijnde planetenstelsel, naar de deurmat bij wijze van spreken. Een ander sterrenstelsel bereizen ligt volslagen buiten de huidige mogelijkheden.
 
Maar er zitten zo enorm veel haken en ogen aan het idee, dat ik er erg sceptisch over ben.
In het 'Hawking / Milner / Zuckerberg' plannetje, waarvoor een onderzoeksbudget van 100 miljoen is vrijgemaakt (het project zelf gaat indien haalbaar vele miljarden kosten) worden honderden, misschien duizenden mini sondes van een paar gram richting Alpha Centauri geblazen door een aantal extreem krachtige laserkanonnen op Aarde.
 
Wat beren en leeuwen op dit pad:

• Zo'n laserstraal vanaf de Aarde zou extreem nauwkeurig gericht moeten worden op een sonde met een zeil van een paar meter doorsnede op miljoenen kilometers afstand. Helaas zal de turbulentie in de atmosfeer, ook op grote hoogte en met adaptieve optiek hoogstwaarschijnlijk verhinderen dat een dergelijk precies mikken haalbaar is. De vraag is ook of de atmosfeer bij de benodigde energie niet zal ioniseren en zo de meeste energie zal absorberen. Absorptie door de atmosfeer is hoe dan ook een gegeven (Lambert-Beer wet).
• Ook een laserstraal divergeert (bundeldiameter wordt groter). De laserstraal die vanaf de Aarde naar de reflectoren op de Maan wordt gestuurd, heeft op de Maan al een spot size van enkele kilometers. Esa is van plan een ruimtesonde via een beam expander laser met de Aarde te laten communiceren. Met de huidige stand van de techniek is het mogelijk die laserstraal over een afstand tot 75 miljoen km te laten communiceren. De spot size van de laserstraal is over deze afstand 1100 km. Vanwege de divergentie moeten de sondes zeer snel (want dus binnen geringe afstand) op hun kruissnelheid van 60.000 km/s komen. Men noemt maximaal een paar minuten. Bij een aanstraalduur van bijvoorbeeld 180 seconden zal bij een gemiddelde snelheid van 30.000 km/s de afstand in drie minuten oplopen tot 14 keer die tot de Maan. Ook met de meest geavanceerde lasers met beam expander zal de spot size op die afstand groot zijn, m.a.w. veruit de meeste energie mist die zeiltjes. Het Esa voorbeeld zou neerkomen op een spot size van 80 km. Zelfs een voor een sonde van enkele grammen zeer groot zeil van 10 vierkante meter zou dan slechts 1/640 miljoenste deel van de uitgezonden energie ontvangen. De benodigde hoeveelheid laserenergie op Aarde is dan gigantisch, veel meer dan de 100 gigawatt die aangegeven worden.
• Om die sondes in zo'n korte tijd zo'n enorme snelheid te geven is een fantastische versnelling nodig (in de orde van 34.000 G), een complexe sonde die zulke enorme G-krachten kan doorstaan is m.i. niet haalbaar.
• Als het zeil geen perfecte spiegel is (en die bestaan niet), dan zal het waarschijnlijk in een flits door de laserstraal verdampt worden
• De nanosondes onderweg de benodigde baancorrecties geven is vrijwel onmogelijk.
• Ze vliegen met een fantastische snelheid langs Alpha Centauri, zonder enige mogelijkheid tot afremmen. De tijd voor het maken van foto's met enig detail is vrijwel nihil (de planeet wordt in 0,25 seconden volledig gepasseerd) en richten op dat razendsnel bewegende object is vooralsnog onmogelijk.
• De foto's van een sonde van enkele grammen terug naar de Aarde te krijgen is m.i. technisch onhaalbaar. De enorme afstand (ruwweg 100 miljoen keer de afstand tot de Maan) zou immers een hoge zendenergie vereisen. Een richtmechanisme bij het zenden ontbreekt wat communicatie al helemaal onhaalbaar maakt. Maar ook bij een precies gerichte en zo min mogelijk divergerende gemoduleerde laserstraal als zender is de benodigde energie zo hoog dat een bron daarvoor m.i. nimmer in zo'n microsonde te passen valt.
• Een paar ruimtestofjes kunnen bij deze snelheid zo'n nanosonde volledig vernietigen, en de kans dat zo'n botsing zich over deze enorme afstand voordoet is groot.
• De kans dat er niets bijzonders gevonden wordt bij het meest nabije planetenstelsel is bepaald niet denkbeeldig, en de kans dat er op deze manier eventueel leven wordt gevonden bijna nihil.
• Stel dat er een dergelijk extreem krachtig lasersysteem op Aarde (of in de ruimte) gestationeerd zou kunnen worden, dan is dat tevens een potentieel zeer gevaarlijk wapen. Satellieten zouden daarmee in een oogwenk 'gezapt' kunnen worden, en dat geldt ook voor objecten op Aarde in het geval van een satelliet als laserkanon.
• ...

Maar het Starshot initiatief erkent een aantal van deze en andere problemen, en noemt ze uitdagingen. Meer informatie daarover hier .