Na Universidade da Califórnia, em Santa Barbara, pesquisadores do Grupo de Cosmologia Experimental da UCSB (ECG) estão atualmente trabalhando em maneiras de alcançar o sonho de vôo interestelar. Sob a liderança do professor Philip Lubin, o grupo dedicou um esforço considerável à criação de uma missão interestelar que consiste em vela leve de energia direcionada e uma nave espacial em escala de wafer (WSS) "wafercraft".
Se tudo correr bem, esta espaçonave será capaz de atingir velocidades relativísticas (uma parte da velocidade da luz) e chegar ao sistema estelar mais próximo (Proxima Centauri) em nossas vidas. Recentemente, o ECG alcançou um marco importante testando com sucesso uma versão protótipo de seu wafercraft (também conhecido como "StarChip"). Isso consistiu em enviar o protótipo via balão para a estratosfera para testar sua funcionalidade e desempenho.
O lançamento foi realizado em colaboração com a Academia Naval dos Estados Unidos em Annapolis, em 12 de abril de 2019. Esta data foi selecionada para coincidir com o 58º aniversário do voo espacial orbital do cosmonauta russo Yuri Gagarin, tornando-o o primeiro humano a ir para o espaço . O teste consistiu em lançar o protótipo a bordo de um balão a uma altitude de 32.000 m (105.000 pés) acima da Pensilvânia.
Como o professor Lubin explicou em uma entrevista com o UCSB O atual:
"Faz parte de um processo de construção para o futuro e, ao longo do caminho, você testa cada parte do sistema para refiná-lo. Faz parte de um programa de longo prazo para desenvolver naves espaciais em miniatura para vôo interplanetário e, eventualmente, para vôo interestelar. "
A ideia por trás do StarChip é simples. Tirando proveito dos avanços na miniaturização, todos os componentes necessários de uma missão exploratória poderiam ser montados em uma espaçonave do tamanho de uma mão humana. O componente vela baseia-se no conceito de vela solar e desenvolvimentos feitos com materiais leves; e juntos, eles somam uma espaçonave que pode ser acelerada em até 20% a velocidade da luz.
Para o sucesso deste vôo, a equipe científica que o criou submeteu o StarChip a uma série de testes projetados para medir seu desempenho no espaço e a capacidade de explorar outros mundos. Além de ver como se comportou na estratosfera da Terra (três vezes mais alto que o teto operacional dos aviões), o protótipo coletou mais de 4000 imagens da Terra. Como explicou Nic Rupert, engenheiro de desenvolvimento do laboratório de Lubin:
“Foi projetado para ter muitas das funções de naves espaciais muito maiores, como imagens, transmissão de dados, incluindo comunicações a laser, determinação de atitude e detecção de campo magnético. Devido aos rápidos avanços na microeletrônica, podemos reduzir uma espaçonave para um formato muito menor do que o feito anteriormente para aplicativos especializados como o nosso. ”
Enquanto o StarChip teve um desempenho impecável neste vôo, existem alguns obstáculos técnicos à frente. Considerando as distâncias envolvidas - 4,24 anos-luz (40 trilhões de quilômetros; 25 trilhões de milhas) - e o fato de a sonda precisar atingir uma fração da velocidade da luz, os requisitos tecnológicos são assustadores. Como Lubin disse:
“A propulsão química comum, como a que nos levou à Lua há quase 50 anos, levaria quase cem mil anos para chegar ao sistema estelar mais próximo, Alpha Centauri. E até a propulsão avançada, como os motores de íons, levaria muitos milhares de anos. Existe apenas uma tecnologia conhecida capaz de alcançar as estrelas próximas durante a vida humana e que está usando a própria luz como sistema de propulsão. ”
Um dos maiores desafios neste momento é a construção de um conjunto de laser baseado na Terra que seria capaz de acelerar a navegação a laser. "Se você tem uma matriz a laser grande o suficiente, pode realmente empurrar as bolachas com uma vela a laser para atingir nossa meta de 20% da velocidade da luz", acrescentou Rupert. "Então você estará no Alpha Centauri em cerca de 20 anos."
Desde 2009, o Grupo de Cosmologia Experimental da UCSB pesquisa e desenvolve esse conceito como parte de um programa de conceitos avançados da NASA chamado Starlight. Desde 2016, eles recebem apoio considerável das Iniciativas Breakthrough (o programa de exploração espacial sem fins lucrativos criado por Yuri Milner) como parte do Breakthrough Starshot.
Em vez de criar uma única espaçonave, a equipe espera que suas pesquisas levem à criação de centenas e até milhares de embarcações em escala de bolachas que possam visitar exoplanetas em sistemas estelares próximos. Essas naves acabariam com a necessidade de propulsores e seriam capazes de fazer a jornada dentro de algumas décadas, em vez de séculos ou milênios.
A esse respeito, essas naves seriam capazes de revelar se existe ou não vida além da Terra em nossas vidas. Outro aspecto interessante do projeto UCSB envolve o envio de vida da Terra para outros exoplanetas. Especificamente, tardigrades e o nemátodo c.
Esse aspecto do plano não é diferente da proposta feita pelo Dr. Claudius Gros, do Instituto de Física Teórica da Universidade Goethe. Apropriadamente chamada de "Projeto Gênesis", a proposta exige que as naves espaciais impulsionadas pela energia direcionada viajem para outros sistemas estelares e semeiem quaisquer exoplanetas "habitáveis temporariamente" que existem. Em resumo, a vida teria um impulso inicial em planetas habitáveis, mas não habitados.
Como explicou David McCarthy, um estudante de pós-graduação do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da UCSB, chegar ao ponto em que tudo é possível é um processo muito interativo. "O objetivo de construir essas coisas é saber o que queremos incluir na próxima versão, no próximo chip", disse ele. "Você começa com componentes prontos para uso porque pode iterar de forma rápida e barata."
Com este teste de alta altitude concluído, o grupo UCSB está visando um primeiro vôo suborbital no próximo ano. Enquanto isso, os avanços na óptica de silício e na fotônica integrada em escala de wafer - graças em parte à pesquisa conduzida pelo departamento de engenharia elétrica e de computadores da UCSB - estão reduzindo o custo de produção em massa dessas minúsculas naves espaciais.
Além das viagens interestelares, essa tecnologia poderia facilitar missões rápidas e de baixo custo para Marte e outros locais do Sistema Solar. O professor Lubin e seus colegas pesquisadores também passaram anos explorando aplicações de defesa planetária contra cometas, mitigando detritos espaciais, aumentando satélites que orbitam a Terra ou alimentando remotamente postos avançados do Sistema Solar. Quando se trata de energia direcionada, as possibilidades são realmente surpreendentes.
