Myslíte si, že gram vážící sondy ke Slunci nejbližší hvězdě patří do žánru sci-fi? Máte pravdu, ale přesto jsou i předmětem seriózního výzkumu, který NASA podpořila v rámci svého programu NIAC. Ten se zaměřuje právě na podporu projektů, jejichž praktické uplatnění se dá očekávat až ve vzdálenějším časovém horizontu. Autoři projektu „Coherent Picospacecraft Swarms Over Interstellar Distances“ (volně přeloženo Koherentní roje pikosond na mezihvězdné vzdálenosti) tvrdí, že zmíněné gramové sondy budou s největší pravděpodobností jedinou technologií, která se v tomto století dokáže dostat k jiné hvězdě.

Předpokládají, že v polovině století by mohly existovat laserové svazky dostatečně silné (~100 GW), aby urychlili pár gramů na relativistické rychlosti. Stejně tak budou zapotřebí sluneční (či spíše laserové) plachty dost robustní na to, aby přečkaly start. K zachycení optických signálů pak mají vzniknout pozemské sběrače o ploše cca 1 kilometr čtvereční. Při splnění všech těchto podmínek by předložená reprezentativní mise mohla okolo 3/4 tohoto století proletět kolem nejbližší potenciálně obyvatelné exoplanety, Proximy b. Autonomní hejno, které by k ní vyrazilo, by bylo tvořeno tisíci drobných sond.

Vzhledem k extrémním omezením startovní hmotnosti (řádově gramy), dostupné palubní energie (řádově miliwatty) a komunikačních apertur (centimetry až metry) se tým během posledních 3 let dostal k poznání, že pouze velké roje mnoha sond, které spolupracují jako jeden celek, dokáže vytvořit dostatečně silný optický signál, který by překonal gigantickou vzdálenost zpět k Zemi. 8 let, která jsou zapotřebí k obousměrné cestě signálu, vylučuje jakékoliv ovládání ze Země. Hejno by proto muselo mít mimořádnou úroveň autonomie – třeba k tomu, aby dokázalo prioritizovat, která data odešle na Zemi. Koordinace roje jednotlivců do efektivního celku je tou hlavní výzvou pro navrženou reprezentativní misi k Proximě Centauri b. Koordinace spočívá ve vytvoření sítě prostřednictvím nízkovýkonných optických spojů a synchronizací palubních hodin sond se Zemí i mezi sebou navzájem, což umožní přesné určování polohy a času.

Navržená reprezentativní mise by měla začít postupným vypouštěním sond urychlených na 20 % rychlosti světla, které by vytvořily jakýsi vláček. Po startu by byl pohonný laser využit k synchronizaci hodin a poskytoval kontinuální časový signál jako metronom. Rychlost udělená jednotlivým sondám bude modulovatelná, aby se konec „vláčku“ dostal včas na úroveň jeho začátku. Využití odporu mezihvězdného prostředí během dvacetiletého přeletu má udržet skupinu po sestavení pohromadě. Počáteční vláček dlouhý 100 až 1000 AU se v průběhu času dynamicky zformuje do sítě ve tvaru čočky o průměru 100 000 km, která je dostatečná pro zohlednění chyb efemerid u Proximy a zajišťuje, že alespoň některé sondy proletí blízko cíle.

Hejno, jehož členové se nacházejí ve známé prostorové pozici vůči ostatním, které má nejmodernější miniaturizované hodiny k udržování synchronizace, může využít celou svou populaci ke komunikaci se Zemí. Periodicky zvládne vytvářet jeden krátký, ale extrémně jasný společný laserový puls ze všech členů. Provozní koherence znamená, že každá sonda vysílá stejná data, ale upravuje čas svého vysílání podle své relativní polohy tak, aby všechny impulsy dorazily na přijímací pole na Zemi současně. Tím se efektivně násobí výkon jedné sondy počtem sond v roji, což zajišťuje řádově vyšší návratnost dat.

Takové hejno by neměl rozhodit ani značný úbytek počtu aktivních sond. Blízké pozorování Proximy b z více pozorovacích stanovišť by tedy mělo být možné. Naštěstí nemusíme čekat až do poloviny století, abychom dosáhli praktického pokroku – techniky pro hejna můžeme zkoumat a testovat již nyní v simulovaném prostředí, což tým předložil ve svém návrhu. Experti předpokládají, že jejich inovace budou mít zásadní vliv na výzkum vesmíru, doplní stávající metody a umožní zcela nové typy misí – třeba roje pikosond, které by pokrývaly celý cislunární prostor nebo celou planetární magnetosféru. Odborníci očekávají, že do poloviny století by se mohla uskutečnit řada takových misí, které budou začínat na oběžné dráze Země nebo Měsíce, ale časem se rozšíří hluboko do vnější sluneční soustavy. Takové hejno by mohlo například zkoumat rychle se vzdalující mezihvězdný objekt 1I/’Oumuamua nebo využít sluneční gravitační čočku. Obě možnosti by byly předstupněm konečné mezihvězdné mise, ale také by byly vědecky cenné samy o sobě.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2024/01/2024-ph-i-eubanks-graphic.png