برکترو استارشات؛ روایت شکل‌گیری و زوال جسورترین طرح سفر به میان‌ستاره‌ای

در طول برگزاری جلسات، گروهی از دانشمندان و مهندسان دور هم جمع می‌شدند تا وضعیت فناوری را بررسی کرده، مشکلاتی که هنوز بدون راه‌حل مانده‌اند را شناسایی کنند و امکان‌سنجی کنند که ساخت یک وسیله پرتابی، به چه میزان زمان و هزینه نیاز دارد. سال‌های ابتدایی با شور و اشتیاق خاصی همراه بود؛ دانشمندان احساس می‌کردند که عضوی از تیمی هستند که به یک پروژهٔ تحول‌آفرین و در عین حال قابل تحقق می‌پردازند. آن‌ها به‌خوبی می‌دانستند که بزرگ‌ترین چالش‌ها در حوزه‌هایی نظیر طراحی بادبان، عملکرد سیستم لیزر، ساختار سفینه و ایجاد یک سیستم ارتباطی برای ارسال سیگنال از فاصله چندین سال نوری به زمین است. به عبارت دیگر، این چالش‌ها شامل کل سیستم می‌شد.

در صورتی که نتوانید ثابت کنید که یک سفینه به ستاره‌ای دیگر اعزام شده‌است، انجام این کار عملاً فاقد ارزش خواهد بود. پروژه برکترو استارشات نه‌تنها باید به پروکسیما قنطورس برسد، بلکه می‌بایست راهی برای ارسال سیگنال قوی پیدا کند که در زمین قابل شناسایی باشد. این task به شدت چالش‌برانگیز است؛ به‌خصوص به‌دلیل لزوم نشانه‌گیری دقیق از فاصله‌های چند سال نوری در حالیکه هم کاوشگر و هم زمین در حال حرکت‌اند. افزون بر این، هر دو عمل باید با استفاده از ابزارهای کوچک روی سفینه‌ای به اندازه درپوش خودکار انجام شود.

پک می‌گوید که میلنر نظرات خاصی درباره شکل سیگنال‌ها داشت که عموماً غیرعملی یا حداقل در تضاد با برخی پیشنهادات علمی بود. پک اظهار می‌دارد: «فکر می‌کنم یوری میلنر فردی بسیار باهوش است و تجربه‌ی فنی لازم برای این پروژه را دارد.» اما او خواهان دریافت اطلاعاتی مانند ویدئو یا تصاویر 4K از آلفا قنطورس بود که با در نظر گرفتن فاصله‌ی زیاد میان این فضاپیماها و زمین، اساساً امکان‌پذیر نیست.

بر اساس کتاب کلود فیپس، تیم روش‌های مختلفی برای بهینه‌سازی ارتباطات پیدا کرده بودند. دانشمندان می‌توانستند آرایه‌ای از گیرنده‌های کوچک‌تر را بر روی زمین بسازند تا بتوانند سیگنال‌های ضعیف را دریافت کنند. همچنین می‌توانستند آنتن فرستندهٔ سفینه‌ها را گسترش دهند و ارتباطات را با استفاده از طول موج نوری به‌جای رادیویی برقرار کنند تا داده‌ها سریع‌تر منتقل شوند. تیم تصمیم گرفت خورشید را به عنوان مرجع جهت ارسال سیگنال به زمین انتخاب کند تا اطلاعات به مکان مناسب کیهان برسد. با این حال، لانگ ارتباطات را به‌عنوان یک مانع بزرگ توصیف کرد که به‌طرز معناداری نادیده گرفته شده است؛ چرا که در مراحل اولیه تحقیقات به همان اندازه که سایر موضوعات توجه جلب نکرده بودند؛ ادعایی که زاکاری منچستر به آن توافق دارد.

حرکت دادن کاوشگرها به اندازه کافی دور و سریع برای ارسال چیزی به زمین مستلزم حل چالش دیگر است: لیزرها یا همان طور که تیم استارشات نامیده است، «موتور فوتون».

اولین چالشی که تیم متوجه شد این بود که واحد لیزر باید به طرز غیرعملی قدرتمند باشد و فراتر از سطح فناوری فعلی باشد. پژوهشگران توانستند آرایه‌ای از لیزرهای کوچک‌تر بسازند که باهم ترکیب شوند و به قدرت ۱۰۰ گیگاوات برسند؛ اما چالش این بود که اطمینان حاصل کنند که امواج نوری به‌طور هم‌نوا با یکدیگر هماهنگ هستند. منچستر بیان می‌کند: «در این زمینه پیشرفت‌های قابل توجهی صورت گرفته است. آن‌ها با استفاده از ده‌ها لیزر در آزمایشگاه موفق به این تأمین انجام شدند که موفقیتی بزرگ محسوب می‌شود.»

اما این پیشرفت برای پروژه برکترو استارشات کافی نبود. پروژه به لیزرهای بیشتری نیاز داشت و آن لیزرها باید خارج از آزمایشگاه کار کنند تا بتوانند به عمق فضا نفوذ کنند؛ جایی که مشکل بعدی نمایان می‌شد. منچستر می‌پرسد: «چگونه می‌توان این میزان پرتو را بدون ایجاد اختلال از جو زمین عبور داد؟» آشفتگی در لایه های بالای جو زمین موجب می‌شود پرتو دچار سوسوزدن شود.

برای تصحیح این نوسانات، به تنظیمات مداوم نیاز بود. یک لیزر به نام «ستاره راهنما» می‌توانست به‌طور دائمی از جو عبور کند و دانشمندان با استفاده از داده‌های مربوط به تغییر شکل آن برای اصلاح سایر لیزرها استفاده می‌کردند. اما این تصحیح به میلیون‌ها تنظیم در ثانیه نیاز داشت. در کتاب سال ۲۰۲۴، ووردن و همکارانش آن را بزرگ‌ترین مانع فنی احتمالی کل پروژه دانستند.

لیزرها همچنین مشکل مالی نیز ایجاد می‌کنند. بر اساس گفته‌های لانگ، برای تحقق پروژه، هزینه تأمین انرژی آن‌ها باید از ۱۰۰ دلار به ازای هر وات به حدود ۰٫۰۱ تا ۰٫۰۵ دلار کاهش یابد. پک امیدوار است؛ چرا که مشابه پیش‌بینی قانون مور در مورد اندازه‌ی ترانزیستورها، هزینه انرژی لیزر به‌طور تئوری باید با گذر زمان کاهش یابد. با این حال، این کاهش قیمت فوری نیست. لانگ اعلام می‌کند: «بسیار محتمل است که تاریخ پرتاب برخلاف انتظار نیکوکار در ۲۰ سال آینده نباشد و باید ۳۰ یا ۴۰ سال صبر کنیم.»

علاوه بر هزینه لیزر، شکل لیزر یا زمان اجرای پروژه، مسئله سیاست‌گذاری مطرح است. لیزری که به اندازهٔ چهار نیروگاه انرژی خروجی می‌دهد، همان‌طور که در کنفرانس مدرسه عالی نیروی دریایی تشریح شده‌است، به‌عنوان یک سلاح در نظر گرفته می‌شود. تنها راه‌حل برای این چالش، همکاری و اعتماد بین‌المللی است که در حال حاضر در سطح بالایی قرار ندارد.

پس از فعال شدن موتور فوتون، انرژی لیزر باید به بادبان نوری سفینه منتقل شود و آن را با قدرتی در حدود ۱۰۰ گیگاوات به جلو براند. بادبان باید تحمل بارهای ناشی از اشعه را داشته باشد و شتابی معادل ۴۰هزار برابر نیروی جاذبه زمین را تحمل کند؛ یعنی معادل ۴۰هزار بار کشش گرانشی که در حین سقوط از صخره احساس می‌شود.

مواد موردنیاز برای تحمل فشارهای ناشی از سرعت نزدیک به نور و همچنین توانایی تحمل ضربه ناشی از شلیک لیزر به‌طور معمول سنگین هستند. تیم برکترو استارشات در نظر داشت که مادهٔ مخصوص بادبان نوری دارای قطر چهار متر و وزنی تنها یک گرم باشد. هدف مرحله ابتدایی پروژه شناسایی مواد و طراحی‌های ممکن بود؛ فرآیندی که به‌دست هری آتواتر از موسسه فناوری کالیفرنیا هدایت می‌شد. بر اساس خلاصه‌ای از گزارش‌های سال ۲۰۲۴، ماده‌ی پیشنهادی اصلی تیم او «نیترید سیلیسیم» بود و نتایج در سال ۲۰۲۲ منتشر شدند. مهندسان موفق شدند آن را با ضخامت زیر میکرون، یعنی کمتر از یک‌دهم ضخامت پوشش سلفون بسازند.

ویفرهای فوق‌العاده نازک ماده انتخابی می‌توانند به یکدیگر متصل شوند تا ساختاری بزرگتر ایجاد کنند که عمدتاً بازتاب‌دهنده باشد و مقدار زیادی نور جذب نکند. مهندسان پروژه این مونتاژ را در مقیاس میلی‌متر انجام داده‌اند اما هنوز در مقیاس متر کار نکرده‌اند. آتواتر و تیمش همچنین شبیه‌سازی‌های کامپیوتری را برای بررسی عملکرد انواع مختلف طراحی‌های بادبان نوری در پرواز میان‌ستاره‌ای برنامه‌ریزی کردند.

گروهی دیگر در دانشگاه سیدنی روش‌هایی برای حفظ پایداری بادبان فرضی بررسی کردند. این پژوهشگران در سال‌های ۲۰۲۱ و ۲۰۲۲ به جلسات پیوسته و یافته‌های خود را به اشتراک گذاشته‌اند، اما هرگز از برکترو استارشات کمک مالی دریافت نکردند. مایکل ویتلند، فیزیکدان دانشگاه سیدنی، درباره‌ی جاه‌طلبی پروژه می‌گوید: «این ماجرا همیشه اسرارآمیز بود. هرگز تصور آن را نمی‌کردم. اما فکر می‌کنم نظرم در مورد چنین پروژه‌هایی این است که اگر پژوهش‌های بنیادی را برای حل یک مشکل در چارچوب یک طرح بسیار عجیب انجام دهید، می‌توانید تحقیقات واقعاً مؤثری انجام دهید.»

و این همان چیزی است که تیم دانشگاه سیدنی به انجام رساند. آن‌ها آگاه بودند که بادبان در حین شتاب‌گیری تحت پرتو لیزر به‌طور دایمی به خارج هل داده می‌شود؛ بنابراین باید راهی برای بازگرداندن آن به مرکز پیدا کنند. ویتلند می‌گوید: «اما این کار باعث بروز نوسانات خواهد شد.» جابه‌جایی لیزر می‌توانست این مشکل را جبران کند، اما همان‌گونه که در اصلاح پرتوهای لیزر برای جلوگیری از «سوسوزدن» دیدیم، جابه‌جایی آنی مجموعه لیزرها به احتمال زیاد اساساً غیرممکن است.

بادبان‌ها به‌عنوان یک مسئله جداگانه از خود سفینه‌ها باید تا حد امکان کوچک و سبک باشند. برکترو استارشات این سفینه‌های ریز را «نانوکرافت» می‌نامند. ایده اولیه طراحی این سفینه‌ها به منچستر نسبت داده می‌شود؛ او همان دانشجوی فارغ‌التحصیلی است که در آغاز برنامه کاملاً پرشور و امیدوار بود. طراحی‌های اولیه منچستر نه برای سفر به فراتر از منظومه شمسی و نه حتی برای عبور از مدار زمین تهیه شده بودند. او به‌عنوان دانشجوی فارغ‌التحصیل در دانشگاه کرنل، زیر نظر پک از سال ۲۰۰۹ شروع به طراحی ماهواره‌هایی به اندازه یک تمبر پستی کرده و نام‌هایی نظیر اسپریتس و چیپ‌ست به آن‌ها داده است. او در سال ۲۰۱۱ پروژه را با کمک جمع‌سپاری تأمین کرد و در سال ۲۰۱۴ حدود صد چیپ‌ست را به فضا پرتاب کرد؛ اما نقص فنی باعث شد که آن‌ها نتوانند در مدار قرار بگیرند و در زمان بازگشت از جو به اشتباه بسوزند.

در سال ۲۰۱۹، منچستر مجدداً اقدام به پرتاب کرده و موفق شد ۱۰۵ چیپ‌ست را به‌طور همزمان در فضا مستقر کند. او دریافت که این ماهواره‌ها می‌توانند در فضا با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و مانند یک کل واحد عمل کنند. با این حال، نهاد تنظیم‌گر پرتاب‌ها تنها اجازه یک پرواز به وی داده بود. او می‌گوید: «سپس کمیسیون فدرال ارتباطات (FCC) نتیجه‌گیری کرد که ما باعث ایجاد زباله‌های فضایی می‌شویم»؛ در حالی که فرستاده‌های فضایی که باید فراتر از مدار زمین بروند، هیچ مشکلی برای زمین به‌وجود نمی‌آورند.

با وجود این که تیم برکترو استارشات هنوز به جایی فراتر از زمین نرفته است، آن‌ها در هر چهار حوزه چالش‌های موجود متوجه شدند که طرح اولیه از لحاظ فنی هیچ مانعی ندارد. آن‌ها همچنین به اندازه کافی تحقیق کرده‌اند تا بفهمند که چه چیزهایی را نمی‌دانند و چه نوع توسعه فنی و مالی برای تحقق ایده لازم است.

پیشرفت در پروژه به طرز قابل توجهی به کندی پیش رفت، احتمالاً به این دلیل که صد میلیون دلار هیچگاه تأمین نگردید. هرچند کمک‌های مالی استارشات عمومی نشدند، تجربه لووبین نشان‌دهنده میزان هزینه‌هاست. گروه او دو کمک مالی به ارزش ۱۱۶هزار دلار و دیگری حدود ۸۰هزار دلار دریافت کردند. برخی از همکارانش در استرالیا نیز مبلغ حدود ۸۰هزار دلار به دست آوردند. لووبین می‌گوید: «ما در مجموع کمتر از ۲۰۰هزار دلار در طول ۸ سال دریافت کردیم.» این مبلغ به‌طور قابل توجهی کمتر از آن مقداری بود که ناسا برای تحقیقات میان‌ستاره‌ای به او اختصاص داده بود، هرچند رویکرد رسانه‌محور برکترو استارشات موجب شد نام آن به‌طور بیشتری با پروژه سفر میان‌ستاره‌ای گره بخورد.