Il lancio del robot sonda su un'altra stella è una scala completamente diversa in relazione al lancio della sonda nelle parti più lontane del sistema solare.
Poiché la stella più vicina a noi è a una distanza di oltre 4 anni luce, dobbiamo abituarci ai ritardi di comunicazione a lungo termine: un veicolo aereo senza pilota interstellare dovrà avere una sonda multipla in grado di esplorare autonomamente diversi media.
Nell'insieme, la sonda stellare avrà probabilmente il proprio programma di esplorazione spaziale, a partire da un pacchetto del sistema di trasporto, che è destinato al progetto Icarus di missili ibridi. Tuttavia, i missili ibridi non si adattano bene e hanno dimensioni minime, in genere centinaia di tonnellate.
Questo è simile a come abbiamo inviato un intero programma di esplorazione a un altro sistema stellare, e sebbene questo non sia il problema principale, richiede di fare molte cose in modo diverso - sarà un cambio di paradigma nel nostro approccio e penseremo a come esplorare lo spazio. Non un solo cosmodromo può fornire risorse per mettere un veicolo in orbita o consegnare centinaia o migliaia di tonnellate di carburante a un razzo ibrido.
Il progetto del razzo ibrido "Firefly" sarà progettato per volare su Alpha Centauri in 100 anni, avrà una massa di circa 1500-3000 tonnellate e avrà bisogno di trasferire il combustibile al deuterio in una quantità che è 19 volte maggiore della sua stessa massa. Quindi, circa 30.000-60.000 tonnellate di attrezzature e carburante possono essere lanciate in orbita.
Per motivi di sicurezza, il razzo ibrido deve essere lanciato da un'orbita molto più alta della solita terra vicina (LEO), dove si trovano la Stazione Spaziale Internazionale e altri veicoli con equipaggio. Probabilmente, queste saranno orbite costanti tra la Terra e la Luna, ad esempio il punto di Lagrange o l'orbita di Halo. Tuttavia, per trasportare 60.000 tonnellate tra le orbite sarà necessaria una seria infrastruttura di trasporto. A medio termine (un decennio o due), il razzo privato di SpaceX prevede di lanciare 100 tonnellate di carichi utili su Marte per supportare la costruzione. L'uso di razzi chimici, come il Falcon Heavy, significherà che la massa del Mars Transporter coloniale sarà di almeno 600 tonnellate. Il lancio sull'orbita lunare richiederà tanto carburante quanto l'orbita di Marte. Quindi per una sonda spaziale con una massa di 60.000 tonnellate, saranno necessari 360.000 tonnellate di carico utile (principalmente carburante), questo sarà il caso quando si usano solo i razzi chimici. Tali costi saranno eccessivi.
Tuttavia, considera questa situazione: non pensiamo spesso a quanto pesano le nostre fonti di energia. A 1 gigawatt di capacità di potenza del carbone, funzionante al 35% di efficienza, richiede 0, 1 tonnellate di carbone al secondo. Durante l'anno, brucia 3.000.000 di tonnellate di carbone e produce 10.000.000 di tonnellate di anidride carbonica e circa 150.000 tonnellate di cenere.
Sorprendentemente, data la navicella spaziale moderna in miniatura, guarda al lancio di migliaia di tonnellate di carico utile in orbite molto vicine alla terra. Alla fine degli anni '70, la NASA, ad esempio, condusse ricerche sulla costruzione di giganti satelliti solari nell'orbita geostazionaria della Terra, sebbene i risultati di queste indagini fossero solo sulla carta. Ma è già chiaro che le architetture di trasporto possono essere ben applicate nella costruzione di una sonda interstellare. Sia il Giappone che la Cina hanno espresso interesse per il lancio di satelliti ad energia solare, almeno in forma dimostrativa sin dal 2030 e commercializzandoli nel 2050.
Pertanto, quando viene costruita la sonda interstellare, potrebbe essere che entro tale data le infrastrutture saranno disponibili nello spazio esterno per supportare il processo di costruzione. La base dell'infrastruttura di trasporto orbitale è pianificata come segue:
- Per prima cosa, verranno organizzati i carichi utili e il carburante in orbita per coloro che visiteranno orbite più alte. Questa sarà l'opzione migliore, veicoli di lancio veramente riusabili, come le versioni avanzate della serie SpaceX della società Falcon, che possono esistere da dieci a venti anni, o l'European Rocket Hybrid Skylon.
- In secondo luogo, una volta in orbita terrestre, il propellente necessario per inviare il carico utile all'orbita geostazionaria continuerà a essere massicciamente sostituito con carburante non chimico a razzo, come l'energia nucleare termica, così come l'energia solare termica e solare. Richiedono un volume molto più piccolo di propellente per fornire il carico utile a orbite più alte e, a seconda del sistema scelto, questo può richiedere giorni o mesi.
Vale la pena pensare alla scala dei sistemi di trasporto necessari per supportare la costruzione, ad esempio, di una centrale elettrica solare. Un tipico 1 gigawatt di ATP peserà circa 10.000 tonnellate. Il bisogno globale di energia sta crescendo. La domanda attuale è di circa 500 gigawatt all'anno, quindi, per fornire la metà dell'energia necessaria utilizzando una centrale elettrica satellitare solare sarà necessaria la costruzione di circa 250 satelliti all'anno - circa 2,5 milioni di tonnellate di hardware in orbita.
Si prevede che il combustibile di Icarus sia deuterio estratto dal mare. Tuttavia, non appena SpaceX crea una testa di ponte su Marte e viene stabilita un'infrastruttura di trasporto, gli scienziati inizieranno attivamente un'opzione più ottimale. Diverse aziende hanno già intenzione di esplorare le potenziali risorse degli asteroidi. Un mercato molto redditizio può anche essere creato lì in un paio di decenni, ma succederà se i materiali SPS possono essere ottenuti dalle risorse situate nello spazio con costi inferiori rispetto alle forniture dal cosmodromo della Terra. Più convincente è la versione che il combustibile principale per una sonda stellare, il deuterio, su Marte e sulla Luna, esiste in percentuali molto più alte che sulla Terra. Gli atomi di deuterio sono due volte più pesanti dell'idrogeno normale perché è un isotopo. Recenti misurazioni della presenza di deuterio nelle calotte polari di Marte hanno dimostrato che il suo contenuto sarà almeno 8 volte maggiore del valore medio sulla Terra. È stato anche trovato che la luna ha una grande quantità di ghiaccio, derivata dall'idrogeno, che è arrivato lì con il vento solare e le comete, e la luna dovrebbe essere ancora più ricca di deuterio rispetto a Marte.
Pertanto, quando arriverà il momento per la costruzione di una nave stellare, potrebbe essere che ci saranno già carburante e materiali che saranno facilmente ottenuti da fonti extraterrestri.
Per ottimizzare i costi di trasporto del carburante per la nave, il nuovo potente sistema può essere pienamente utilizzato per il trasporto di molti altri carichi alla rinfusa. L'esploratrice finlandese Pekka Janhunen offre l'E-Sail, uno speciale design concettuale che crea una vela solare da fili elettrici carichi.
Il vento solare consiste in un flusso di plasma ad alta velocità che emana dal sole, che scorrerà attorno al campo elettrico creato dai fili, creando la trazione necessaria. Questa invenzione è stata annunciata con una breve descrizione nel 2004, è stata testata su una serie di satelliti e l'Agenzia spaziale europea sta progettando di lanciarla. Una vela elettronica completamente funzionante sarà in grado di trainare il deuterio recuperato da qualsiasi fonte del sistema solare, come Marte o asteroidi, così come qualsiasi altro carico. Queste invenzioni possono anche essere usate come "veicoli trainanti gravitazionali" per gli asteroidi che sono pericolosi per una collisione con la Terra, o anche per spostarli in orbite nuove e più utili. L'attività di produzione nello spazio richiederà la costruzione di una nave e molte altre applicazioni, e questo fatto conferma il vantaggio del programma Apollo, che ha permesso alle persone di atterrare sulla Luna. La rivoluzione della microelettronica negli anni '70 e '80 deve molto a "un gigantesco balzo dell'umanità". Dopotutto, molti nuovi processi di produzione sono stati inventati abbastanza rapidamente e molti scienziati nei campi fisico, ingegneristico e informatico sono stati formati.
La buona fortuna favorisce coloro che sanno quali benefici inimmaginabili saranno derivati da ciò che creerà una nave stellare.
