Per poter raggiungere Proxima Centauri sarebbero necessari tra 19.000 e 81.000 anni, se si utilizzasse un veicolo spaziale a propulsione convenzionale. Oltre a questo, viaggiare attraverso il mezzo interstellare (ISM) comporta numerosi rischi, non tutti ben compresi.
Date le circostanze, i veicoli spaziali su scala grammo che si basano sulla propulsione a energia diretta (laser) sembrano essere l’unica opzione praticabile per raggiungere in questo secolo le stelle vicine, ma sono adatti per raggiungere Proxima Centauri?
Proxima Centauri: non è poi così inarrivabile
I progetti proposti includono lo Swarming Proxima Centauri, uno studio di collaborazione tra Space Initiatives Inc. e Initiative for Interstellar Studies (i4is) guidato dallo scienziato capo della Space Initiative Marshall Eubanks. Il programma è stato recentemente selezionato per lo sviluppo della Fase I come parte del programma NIAC (Innovative Advanced Concepts) della NASA di quest’anno.
Secondo Eubanks viaggiare nello spazio interstellare è una questione di distanza, energia e velocità. A una distanza di 4,25 anni luce (40 trilioni di km) dal Sistema Solare, anche Proxima Centauri risulta essere particolarmente inaccessibile.
Ragionando in prospettiva, il record per la distanza più lontana mai percorsa da un veicolo spaziale spetta alla sonda spaziale Voyager 1, che attualmente si trova a più di 24 miliardi di km dalla Terra. Utilizzando metodi convenzionali, la sonda ha raggiunto una velocità massima di 61.500 km/h e ha viaggiato per più di 46 anni consecutivi.
In buona sostanza, viaggiare a una velocità inferiore a quella relativistica (una frazione della velocità della luce) renderà i transiti interstellari incredibilmente lunghi e del tutto impraticabili. Considerato il fabbisogno energetico che ciò richiede, al momento non è fattibile qualsiasi cosa diversa da piccoli veicoli spaziali con una massa massima di pochi grammi.
Eubanks ha affermato a proposito del suo progetto che interessa Proxima Centauri “Naturalmente, i razzi sono un modo comune per andare veloci. funzionano con l’espulsione rapida di gas caldo prodotto dalla combustione. La quantità di moto che va all’indietro è pari a quella dell’aumento di velocità del veicolo che lo spinge. L’essenza della missilistica è che è veramente efficiente solo se la velocità del materiale che va all’indietro è paragonabile alla velocità che vuoi ottenere andando avanti. Se non lo è, non si può ottenere la velocità che si desidera”.
“Il problema è che non abbiamo la tecnologia e nessuna fonte di energia, che ci permetta di lanciare diversi apparecchi a una velocità di 60.000 km/sec, e quindi i razzi non saranno mai sufficientemente performanti”.
“L’antimateria potrebbe teoricamente consentire questo, ma noi semplicemente non capiamo l’antimateria abbastanza bene e non riusciamo ad avvicinarci abbastanza ad essa da poterla produrre in massa per farla diventare una soluzione”.
Al contrario, progetti come Breakthrough Starshot e Proxima Swarm pensano di “invertire il razzo“, cioè, invece di lanciare il razzo con il propellente, esso viene fatto rimbalzare contro la navicella spaziale per spingerla. Invece di usare propellente dotato di massa,e quindi pesante, che si utilizza sui razzi convenzionali, la fonte di energia per una vela laser sono i fotoni, che non hanno massa e si muovono alla velocità della luce.
Come ha precisato Eubanks, questo non risolve il problema dell’energia, rendendo ancora più importante che la navicella spaziale per raggiungere Proxima Centauri sia quanto più piccola possibile: “Il rimbalzo dei fotoni su una vela laser risolve il problema della velocità dei veicoli spaziali”.
“Il problema però è che non c’è una misura significativa di moto in un fotone, quindi ne abbiamo bisogno in gran quantità. E data la potenza che probabilmente avremo a disposizione, anche tra un paio di decenni, la spinta sarà debole, quindi la la massa delle sonde deve essere molto piccola: grammi, non tonnellate“.
Questa proposta prevede un raggio laser da 100 gigawatt (GW) che potenzia migliaia di sonde spaziali su scala grammo con vele laser spimgendole a velocità relativistica (~ 10-20% della luce).
Sono stati anche proposti una serie di contenitori luminosi terrestri che misurano un chilometro quadrato (0,386 mi 2 ) di diametro per catturare i segnali luminosi delle sonde una volta che saranno sulla buona strada per raggiungere Proxima Centauri con le quali la comunicazione diventerà più difficile.
Secondo gli studi, questo concetto di missione potrebbe essere pronto per lo sviluppo intorno alla metà del secolo e potrebbe raggiungere Proxima Centauri e il suo esopianeta simile alla Terra (Proxima b) entro il 2075 o poco dopo.
Eubanks e i suoi colleghi hanno dimostrato come una flotta di mille veicoli spaziali potrebbe superare le difficoltà imposte dai viaggi interstellari e mantenere le comunicazioni con la Terra attraverso la dinamica degli sciami.
“Elevando l’area di raccolta a una fattibile 1 km 2 e avendo molte sonde che coordinano il loro invio, possiamo ottenere un bit rate ragionevole, anche se inferiore“. Tuttavia, il ritardo di otto anni tra andata e ritorno sulle comunicazioni imposto dalle distanze interstellari e dalla Relatività Generale rende impossibile il controllo delle sonde a distanza dalla Terra.
In quanto tale, lo sciame deve possedere uno straordinario grado di autonomia in fatto di navigazione, coordinando un migliaio di sonde, e decidendo quali dati restituire alla Terra.
Sebbene queste strategie affrontino i problemi della distanza, dell’energia e della velocità, c’è ancora la questione di quanto costerà creare lo sciame e le infrastrutture associate per poter raggiungere Proxima Centauri.
La spesa più grande sarà l’array laser stesso, mentre l’imbarcazione su scala grammo sarà ragionevolmente economica da produrre. Come ha spiegato Eubanks, questa proposta può essere sviluppata, complessivamente, con un budget di 100 miliardi di dollari.
Secondo l’esperto Eubanks, i benefici dell’architettura di missione che sono stati ideati sono innumerevoli, e il profitto derivante dall’invio di uno sciame di sonde a Proxima Centauri sarebbe astronomico.
“Il semplice fatto è che il costo di una missione interstellare con propulsione laser, con sonde leggere e un enorme sistema laser per spingerle verso le stelle, sarà dominato dai costi di capitale: i costi del sistema laser“.
“Le sonde stesse saranno piuttosto economiche in confronto. Quindi, se puoi inviarne una, tanto vale inviarne molte. Chiaramente, inviare molte sonde porta il vantaggio della ridondanza“.
“I viaggi spaziali sono rischiosi, e i viaggi interstellari sono probabilmente particolarmente rischiosi, quindi se inviamo molte sonde, possiamo tollerare un alto tasso di perdite. Ma possiamo fare molto di più“.
“Vogliamo cercare segni di biologia e anche di tecnologia, quindi sarebbe bello portare le sonde molto vicino a Proxima Centauri, per ottenere buone immagini e spettri della superficie e dell’atmosfera“.
“Sarà difficile per una sonda, poiché non sappiamo molto bene dove sarà il pianeta tra più di 24 anni nel futuro. Inviando un gruppo di sonde potremo coprire un ampio ventaglio di spazio all’interno del sistema di Proxima Centauri e almeno alcune dovrebbero avvicinarsi all’obiettivo, offrendoci la visione ravvicinata che desideriamo“.
La robotica degli sciami è oggi un campo di ricerca molto esplorato e viene studiata come possibile mezzo per esplorare l’oceano interno di Europa, scavare città sotterranee su Marte, assemblare grandi strutture nello spazio e fornire il monitoraggio delle condizioni meteorologiche estreme dall’orbita terrestre.
Oltre all’esplorazione dello spazio e all’osservazione della Terra, la robotica degli sciami ha anche applicazioni in medicina, produzione additiva, studi ambientali, posizionamento e navigazione globale, ricerca e salvataggio e altro ancora.
Anche se potrebbero volerci molti decenni prima che una missione interstellare sia pronta per viaggiare verso Proxima Centauri, Eubanks e i suoi colleghi sono onorati ed entusiasti di essere tra i selezionati della NASA per il programma NIAC 2024. Per loro, la ricerca ha richiesto molti anni, ma è più vicina che mai alla realizzazione.
“È passato molto tempo, quasi un decennio, e ci sentiamo onorati di essere stati selezionati“, ha concluso Eubanks: “Ora inizia il vero lavoro“.
