Gisteren kondigde miljardair Yuri Milner samen met natuurkundige Stephen Hawking de grootste investering in interstellaire ruimtevaart ooit aan. Een bedrag van 100 miljoen dollar voor onderzoek naar en een prototype van een ruimtevaartuig dat in slechts twintig jaar de ster Alpha Centauri kan bereiken.
Milner en zijn team geloven dat de recente ontwikkelingen op het gebied van lasers en nanotechnologie het mogelijk maakt duizenden sondes naar Alpha Centauri te sturen. Tijdens het project, Breakthrough Starshot gedoopt, zullen deze kleine ruimtevaartuigjes beelden en andere informatie van planeten in een baan om de ster verzamelen en terugsturen naar de aarde.
‘We hebben onderzoek gedaan met een aantal van de beste wetenschappers uit verschillende onderzoeksgebieden. Hieruit heb ik kunnen concluderen dat dit plan binnen een generatie gerealiseerd kan worden’, zegt Milner.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
De vaartuigen zijn klein; een soort wafeltjes van silicium, zogeheten ‘wafers’. Deze ‘wafersats’ wegen een paar gram en zijn met een breedte van ongeveer 10 centimeter klein genoeg om in je hand te passen. Met behulp van reflecterende lichtzeilen en een fotonen-‘wind’ – licht afkomstig van de zon – zullen de sondes zich in de ruimte voortbewegen.
Helaas produceren de fotonen van de zon slechts een kleine hoeveelheid voortstuwing. Een 100 gigawatt laser moet daarvoor de oplossing zijn. Op aarde schiet deze laser de ruimte in en ‘blaast’ zo een enorme hoeveelheid fotonen-‘wind’ in de zeilen. Op deze manier kunnen de vaartuigjes versneld worden tot 20 procent van de lichtsnelheid; ongeveer 60.000 kilometer per seconde. Zo’n snelheid is genoeg om de vier lichtjaar naar Alpha Centauri af te leggen in slechts 20 jaar.
Wel is het noodzakelijk dat de lichtzeilen, die ongeveer een vierkante meter groot zijn, vrijwel niets van de fotonenstraal absorberen. Bij minder dan 99,999 procent weerkaatsing zal de energie van de laserbundel de zeiltjes waarschijnlijk verdampen.
Exotische wetenschap
De technologie die nodig is om het plan uit te voeren, bestaat nog niet, maar Milner is er zeker van dat het team deze kan ontwikkelen. ‘We hebben nu ruwweg 20 technische knelpunten onderzocht en we zijn ervan overtuigd dat geen van deze knelpunten onoverkomelijk is’, zegt hij. ‘Er is geen natuurkundige wet die dit model onmogelijk maakt’.
Interstellaire ruimtevaart is een exotische wetenschap. Hoewel een aanzienlijke hoeveelheid plannen op papier staan, hebben ruimteorganisaties zoals NASA te weinig financiële middelen om de details uit te werken. Milner wil daar verandering in brengen.
Het project is deels gebaseerd op een idee van Philip Lubin en zijn collega’s aan de Universiteit van Californië. ‘Milner heeft de stap van idee naar realiteit mogelijk gemaakt’, zegt Lubin.
Lubin’s weg naar daadwerkelijke interstellaire ruimtevaart berust op twee technologische ontwikkelingen. De eerste is een techniek waarmee kleinere lasers gecombineerd kunnen worden tot een grote laserstraal – zogeheten fasegestuurde lasers. Deze techniek werd onlangs ontwikkeld door de DARPA, een instituut van het Amerikaanse ministerie van defensie dat verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van militaire technologie.
‘Fasegestuurde lasers zijn relatief klein, maar we zien geen reden om ze niet groter te maken’, zegt hij. Een verzameling van lasers die samen de nodige 100 gigawatt kan uitzenden, zou meer dan een kilometer breed zijn.
De andere techniek die Alpha Centauri binnen handbereik brengt, is de opkomst van een klein ruimtevaartuig. Deze ‘cubesats’ zijn slechts 10 bij 10 centimeter. Lubin denkt dat vooruitgang in het fabricageproces van halfgeleidermateriaal deze afmetingen verder kan verkleinen tot een 2D-wafer, zonder dat het vaartuig sensoren verliest.
De prijs van een iPhone
In de komende jaren wil het team de kleine ruimtevaartuigjes ontwikkelen en testen. Uiteindelijk lanceren deze vanuit een ‘moederschip’ die zich in een baan rond de aarde begeeft, en worden vervolgens door de gigantische laserbundel versneld. Het team streeft naar het verlagen van de kosten van de sondes tot die van een iPhone, zodat ze er duizenden van kunnen lanceren. Zulke grote aantallen zijn noodzakelijk omdat de kleine vaartuigen gemakkelijk beschadigd kunnen raken door bijvoorbeeld botsingen met ruimtestof.
‘We willen in de komende twee jaar laten zien dat we honderden van deze ruimtevaartuigjes de ruimte in kunnen sturen om foto’s te maken van de maan’, zegt Avi Loeb van Harvard, hoofd van de adviesraad van Milner.
Sommige onderzoekers zijn sceptisch of Lubin’s plan makkelijk gerealiseerd kan worden. ‘Er is misschien geen fysieke limiet, maar er zijn genoeg technische uitdagingen’, zegt Paulo Lozano van het MIT. Het bouwen van een laser veel groter dan we tegenwoordig hebben, is het eerste probleem. Maar ook het ontwikkelen van technieken die zowel voortbeweging als communicatie kunnen faciliteren, en de bescherming van de kleine sondes in de ruimte vormen uitdagingen. ‘Met de technologie die we nu hebben, denk ik niet dat we er klaar voor zijn’, zegt Lozano.
Grote schaal
Zelfs als het team de technische problemen oplost, is er geen garantie dat we binnenkort beelden van Alpha Centauri zullen zien. Het bedrag van 100 miljoen dollar is genoeg voor het onderzoek, maar niet voldoende om de gehele missie te financieren. Milner stelt dat het een project van tientallen jaren en miljarden dollars zal worden, op eenzelfde schaal als de grootste experimenten ooit gedaan, zoals de James Webb-ruimtetelescoop, die de Hubble-telescoop moet vervangen , en de deeltjesversneller van CERN.
Wie dit gigantische project verder zal financieren is nog onduidelijk. ‘Yuri is ervan overtuigd dat hij veel van zijn vrienden kan overtuigen om bij te dragen’, zegt Loeb.
Een samenwerking met organisaties zoals NASA is ook een mogelijkheid, maar de ruimteorganisatie is mogelijk niet geïnteresseerd. In 2013 kondigde miljardair Dennis Tito aan een bijdrage te leveren aan een zelfde soort ambitieus project. Tegen 2018 wilde hij een bemand ruimteschip naar Mars te sturen. Al snel vroeg hij NASA om hulp, maar de organisatie weigerde. Het is onwaarschijnlijk dat die missie nog zal plaatsvinden.
‘We zeggen niet dat het makkelijk is. We investeren in iets dat in de komende jaren realistisch is. Daarna zullen we stapje voor stapje verder gaan’, zegt Milner. ‘Naar andere sterren reizen is veel gecompliceerder dan een trip binnen ons zonnestelsel. We zeggen enkel dat we qua technologie deze reis kunnen maken’.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: