Zeilrace naar de sterren

Mission impossible?

Maar sinds we weten dat het heelal wemelt van de exoplaneten, blijft de ultieme droom om een ruimtetuig naar een ander zonnestelsel te sturen. Michel Mayor, kersvers Nobelprijswinnaar Natuurkunde vanwege zijn ontdekking van de eerste exoplaneet rond een ‘normale’ ster, ziet het echter niet meteen gebeuren.

Afstanden in de ruimte zijn immers dermate groot dat een ruimtetuig snelheden in de buurt van de lichtsnelheid moet halen om binnen een redelijke termijn een hemellichaam buiten het zonnestelsel te bereiken. Neem bij voorbeeld onze dichtstbijzijnde ster, Proxima Centauri. Die staat op 4,25 lichtjaar. Met onze huidige rakettechnologie ben je al gauw 80.000 jaar onderweg vooraleer je je bestemming bereikt. Om sneller te reizen, heb je meer brandstof nodig. Maar dat maakt het ruimtetuig zwaarder, waardoor je meer energie, dus mee brandstof, nodig hebt om het te versnellen.

Om de afstand tot onze dichtst buurster enigszins voorstelbaar te houden, hebben we al gauw een logaritmische schaal nodig.

… of toch niet?

Tenzij we met een volstrekt andere technologie op de proppen komen. Dat is precies wat Breakthrough Starshot beoogt. Dit project, opgezet door de steenrijke zakenman Yuri Milner, de intussen overleden kosmoloog Stephen Hawking en de alomtegenwoordige CEO van Facebook, Mark Zuckerberg, wil laserstralen gebruiken als aandrijving. De energiebron hoeft dan niet langer als ballast mee te reizen, want je zou een heel legertje laserkanonnen op het aardoppervlak kunnen posteren, om van daaruit fotonen af te vuren op de zeilen van ruimtesondes.

In het project Breakthrough Starshot zouden laserkanonnen op het aardoppervlak voor de aandrijving zorgen.

Die ruimtesondes zelf zouden piepklein en vederlicht zijn. Ze bestaan in essentie uit een chip en een zeil. De chip bevat de elektronische componenten, zoals een camera, radio, antenne, computer en controlesysteem.

De StarChip, het piepklein technologisch hart van de sonde.

Als de lichtzeiltechnologie helemaal op punt staat, belooft Breakthrough Starshot dat je een lichtsurfend tuig aan 20% van de lichtsnelheid kan laten reizen. Na een ruimtereis van pakweg 20 jaar – te vergelijken met de 80.000 jaar met de huidige rakettechnologie – kan het nanoruimtetuig plaatjes schieten van de planeten rond de dubbelster Proxima Centauri. Een flinke 4 jaar later ontvangen we de beelden onze beeldschermen.

Waar staan we nu?

Tot zover het einddoel van dit ambitieus project, maar hoe realistisch is de uitvoering ervan? Het goede nieuws is dat de eerste mijlpaal alvast bereikt is. Na een succesvolle testvlucht met LightSail 1 in 2015, werd LightSail 2 op 25 juni 2019 gelanceerd met een Falcon Heavy raket uit de stal van Elon Musks SpaceX. Helemaal volgens schema verliet de compact ingepakte LightSail 2 7 dagen later een 2ᵈᵉ ruimtetuig, de Prox-1, om op 2 juli contact te leggen met het controlecentrum. Nog eens drie weken later, op 23 juli, klapte het lichtzeil van 32 vierkante meter open.

Volg LightSail 2 live op http://www.planetary.org/explore/projects/lightsail-solar-sailing/lightsail-mission-control.html

In deze eerste stap vliegt het tuig nog niet op laserlicht, maar op zonnestralen. De LightSail 2 draait rondjes rond de aarde en moet daarbij voortdurend het zeil bijzetten om de lichtdeeltjes van de zon erop te laten inbeuken. Deze fotonen laten ook toe om van orbit te veranderen. Tot dusver heeft LightSail 2 alle verwachtingen ingelost, wat de missie tot een succes maakt. Het zonnezeil mag zijn kunstjes vermoedelijk een jaar lang laten bewonderen, tot augustus 2020.

Een blik op de toekomst

En dan begint het pas echt. Succes in stap 1 geeft je uiteraard geen enkele garantie om succes in de vervolgstappen. Er vallen inderdaad nog wel wat obstakels uit de weg te ruimen. In de eerste plaats is het een hele klus om de koers heel precies te bepalen. Het grote voordeel van de aandrijving op het aardoppervlak te houden, heeft immers een belangrijk nadeel: je kan onderweg niet meer bijsturen. De laserkanonnen zorgen voor de initiële push, waarna het nanotuigje zijn weg in rechte lijn verderzet. De afstand tot Proxima Centauri is zo ontzaglijk groot (in kilometer uitgedrukt een getal met 14 cijfers) dat de geringste afwijking bij de start je hopeloos uit koers brengt. Om dat een beetje op te vangen zou Breakthrough Starshot een hele zwerm nanoruimtetuigjes de ruimte in schieten.

Met een heuse zwerm ruimtetuigjes verhoog je de kans om het doel te bereiken.

Verder zijn er nog heel wat technologische uitdagingen. Kan je de minuscule chips een voldoende groot vermogen en diafragma geven om signalen naar aarde te kunnen zenden? Kan je de laserkanonnen op de grond met voldoende vermogen optuigen om de nanootjes op snelheid te krijgen? Wat de laatste vraag betreft, zou je in totaal naar schatting 100 gigawatt nodig hebben. Het Amerikaans leger plant momenteel de bouw van een laser met een vermogen van 100 kilowatt. Als dat lukt, zou je er dus 1 miljoen van nodig hebben om aan 100 gigawatt te komen. Naast de technologische uitdaging hangt er ook een stevig prijskaartje aan vast: die ene laser van 100 kilowatt zou 140 miljoen dollar kosten. Dat bedrag zou je dan met 1 miljoen moeten vermenigvuldigen…

Anderzijds zit er niet meteen een showstopper in het verhaal. Het zal tijd vergen om alle hindernissen op te ruimen, maar binnen dit en enkele decennia moet dat volgens de betrokkenen wel lukken. Als je daar de 25 jaar bijtelt om de plaatjes te schieten en naar de aarde terug te sturen, zou je afgerond over een jaar of 50 jaar een close-up van een ander zonnestelsel mogen verwachten.

Maar het zal het wachten waard zijn: exoplaneet Proxima Centauri b ligt in de bewoonbare zone rond onze buurster en bevat dus mogelijk water…