O sonho de viajar para outro sistema estelar, e talvez até encontrar mundos povoados por lá, é aquele que preocupa a humanidade há muitas gerações. Mas foi somente na era da exploração espacial que os cientistas puderam investigar vários métodos para fazer uma jornada interestelar. Embora muitos projetos teóricos tenham sido propostos ao longo dos anos, ultimamente muita atenção tem sido focada em sondas interestelares a laser.
O primeiro estudo de projeto conceitual, conhecido como Projeto Dragonfly, foi realizado pela Iniciativa de Estudos Interestelares (i4iS) em 2013. O conceito pedia o uso de lasers para acelerar uma vela leve e uma espaçonave a 5% da velocidade da luz, atingindo Alpha Centauri em cerca de um século. Em um artigo recente, uma das equipes que participou da competição de design avaliou a viabilidade de sua proposta de vela luminosa e vela magnética.
O artigo, intitulado "Projeto Libélula: Navegue até as Estrelas", foi publicado recentemente na revista científica Astra Astronautica. O estudo foi conduzido por Tobias Häfner, formado pela Universidade Paul Sabatier (UPS) Toulouse e atual engenheiro de sistemas da Open Cosmos Ltd. A ele se juntaram os membros da Oxford Space Systems, a Universidade de Pós-Graduação em Estudos Avançados (SOKENDAI), e AKKA Technologies.
Quando se trata de conceitos de missão interestelar, um dos maiores obstáculos sempre foi o tempo de viagem envolvido. Como mostramos em um artigo anterior, levaria de 1.000 a 81.000 anos usando a tecnologia atual para chegar ao Alpha Centauri. Embora existam vários métodos teóricos que poderiam oferecer tempos de viagem mais curtos, eles envolvem física que ainda precisa ser comprovada ou seria proibitivamente cara.
Daí o apelo de uma vela de luz, que tira proveito dos recentes desenvolvimentos em miniaturização para criar uma espaçonave menor e mais barata. Outra vantagem, pelo menos teoricamente, é que tal espaçonave poderia ser acelerada até uma fração da velocidade da luz e, portanto, seria capaz de cobrir a vasta distância entre o nosso Sistema Solar e a estrela mais próxima em poucas décadas ou em um único século. .
Como observado, a i4iS - uma organização voluntária dedicada a tornar as viagens espaciais interestelares uma realidade em um futuro próximo - lançou o primeiro estudo de design conceitual para velas de luz em 2013. Isso foi seguido em 2014 com uma competição para projetar uma espaçonave que ser capaz de alcançar Alpha Centauri dentro de 100 anos usando tecnologias existentes ou de curto prazo.
Os quatro finalistas apresentaram seus projetos em um workshop realizado na Sociedade Interplanetária Britânica em julho de 2015. O conceito apresentado pela equipe da Universidade Técnica de Munique venceu, que então lançou uma campanha no Kickstarter para arrecadar dinheiro para seu projeto. O design enviado pela equipe da Universidade da Califórnia, em San Diego, subseqüentemente evoluiu para o design do Starshot da Breakthrough Initiatives.
O autor principal Hafner e seus colegas fizeram parte da equipe CranSEDS, composta por engenheiros e cientistas da Universidade Cranfield, no Reino Unido, o Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia (Skoltech), na Rússia, e a UPS, na França. Neste último estudo, ele e alguns de seus ex-membros da equipe apresentaram seu conceito de missão como parte de um estudo de viabilidade.
Para o estudo, eles consideraram todos os aspectos da arquitetura de missão de um lightsail. Isso variava entre o tamanho da vela, os materiais usados para construí-la, o tamanho da abertura do laser, o posicionamento do laser, o peso da espaçonave e o método usado pela espaçonave para desacelerar quando chegasse ao seu destino.
No final, a arquitetura da missão que eles criaram exigia o uso de 100 GWs de potência do laser para acelerar uma espaçonave de 2750 kg (~ 6000 libras) para 5% da velocidade da luz - resultando em um tempo de viagem de cerca de um século a mais. Alpha Centauri. A vela seria composta por uma monocamada de grafeno medindo 29,4 km de diâmetro (18,26 milhas), exigindo assim um laser com uma abertura de 29,4 km (18,26 milhas) de diâmetro.
Este laser seria colocado nas proximidades do Sol (no ponto de Lagrange Terra-Sol L1 ou na órbita de Cislunar) e seria alimentado por enormes painéis solares. Para desacelerar, a sonda lançaria a vela leve e implantaria uma vela magnética composta por fios de metal. Essa vela formaria uma estrutura em loop com aproximadamente 35 km (22 milhas) de diâmetro e pesando 1000 kg (2200 libras).
Uma vez implantada, a vela magnética interceptaria o plasma do meio interestelar e o vento solar de Alpha Centauri para desacelerar e entrar no sistema. Eles concluem que essa arquitetura alcançaria um equilíbrio entre massa e velocidade, permitiria à missão alcançar Alpha Centauri em pouco mais de 100 anos e conduzir operações científicas na chegada.
Como indicam em seu estudo, esse tipo de arquitetura de missão oferece muitas vantagens, das quais a menor é o fato de que uma espaçonave maior seria capaz de carregar mais instrumentos e reunir mais dados científicos do que uma espaçonave em escala gramatical. (como ocorre com o avanço da Starshot StarChip) Como eles concluíram:
“[Velas laser e magnéticas] têm o benefício de que nenhum propulsor precisa ser transportado na espaçonave ... A missão é baseada em tecnologias atualmente disponíveis ou em desenvolvimento, mas precisaria de melhorias extensas para realmente construir a infraestrutura espacial necessária ... como base de missão de várias naves espaciais, o sistema a laser é usado por um período razoável de tempo. As lições aprendidas e os dados coletados da primeira nave espacial podem ser usados para aprimorar as seguintes. ”
Eles também reconhecem os desafios que essa missão implicaria, que incluem a necessidade de estruturas do tamanho de quilômetros no espaço. Tais estruturas teriam que ser construídas em órbita, o que exigiria o desenvolvimento de instalações de fabricação orbital primeiro. E, é claro, o laser e outros sistemas cruciais precisarão de aperfeiçoamento e desenvolvimento adicionais. No entanto, o conceito, segundo seu estudo, é viável e tecnicamente sólido.
Alguns, no entanto, têm suas dúvidas. Por exemplo, existe o Dr. Claudius Gros, físico teórico do Instituto de Física Teórica da Universidade Goethe de Frankfurt. Gros é um defensor de longa data do uso da tecnologia de vela a laser para a construção de uma espaçonave interestelar e conduziu um trabalho teórico sobre o uso de velas magnéticas para desacelerar essa espaçonave.
Ele também é o fundador do Project Genesis, uma proposta para enviar naves espaciais a laser equipadas com fábricas de genes ou vagens criogênicas para outros sistemas estelares, onde distribuiriam a vida microbiana a "exoplanetas transitórios habitáveis - ou seja, planetas capazes de sustentar a vida, provavelmente não a originará por conta própria. Como ele expressou à Space Magazine por e-mail:
“Em relação à desaceleração com um campo magnético, isso não é realmente possível dentro dos parâmetros assumidos. Seria necessária uma vela magnética pesando várias centenas de toneladas para fazer o trabalho quando a embarcação passeava a 5% da velocidade da luz e quando deveria parar dentro de 20 anos, como assumido no presente artigo. Para acelerar uma embarcação tão pesada, seriam necessários sistemas de lançamento muito mais fortes. ”
O conceito de usar lasers ou velas solares para realizar missões interestelares tem raízes profundas. No entanto, somente nos últimos anos os esforços para criar essas naves espaciais realmente se uniram. Atualmente, existem muitos conceitos que oferecem diferentes arquiteturas de missões, todos com seus desafios e vantagens.
Com várias propostas agora em desenvolvimento - que incluem a proposta de Haefner e de seu colega, o conceito Dragonfly do ii4S e Starshot inovador - será muito interessante ver quais (se houver) dos conceitos atuais do lightsail tentarão fazer a jornada para Alpha Centauri nas próximas décadas.
Será aquele que chegar lá dentro de nossas vidas ou alguém capaz de enviar mais dados científicos? Ou poderia ser uma combinação dos dois, uma espécie de acordo de curto / longo prazo? Difícil de dizer. A questão é que o sonho de montar uma missão interestelar pode não permanecer um sonho por muito mais tempo.
