《今日宇宙》 信用:突破星火 几十年后，突破星火计划希望向邻近的半人马座阿尔法星系发射一艘飞船
使用光帆和定向能激光阵列，微型航天器可以加速到光速的20%(0
2°c)
这将使星火在短短20年内完成前往半人马座阿尔法星的旅程，并研究那里的任何系外行星，从而实现我们有生之年星际探索的梦想
很自然，这个计划提出了许多工程和后勤方面的挑战，其中之一就是将数据传输回地球
在最近的一项研究中，星火系统主管博士
赖雨铭
G
帕金分析了使用激光将数据传回地球的可能性
帕金认为，这种方法是人类窥见太阳系以外最有效的方法
这项研究的作者，博士
凯文·帕金自2016年以来一直担任突破星火的系统总监
在此之前，他因在微波热推进方面的开创性工作被俄罗斯宇宙航行联合会授予科洛列夫奖章
他还创立了总部位于旧金山的航天公司帕金研究公司，专门从事节约成本技术的开发
解决通信下行链路的问题
帕金试图计算出综合帆和宇宙飞船的最佳方案
为此，他考虑了在4号上安装一个窄束激光发射器的可能性
1-m (13
直径45英尺)的星火飞船，一旦到达半人马座阿尔法星，它将开始向地球上30米(~100英尺)的望远镜发射信号
信用:今日宇宙 这个阵列将采用100瓦的光学相控阵列(嵌入在帆本身)的形式，使用激光从星际介质(ISM)中转换能量
医生
帕金设想该阵列可以传输波长为1
02微米，然后在1
25微米的望远镜——这将传输置于近红外/近紫外光谱中
与依赖无线电波或微波传输的通信相比，这种类型的下行链路具有许多优势
作为博士
帕金通过电子邮件告诉《今日宇宙》: “相对于微波，激光的波长短了一千倍，因此从半人马座阿尔法星到地球形成了更紧密的光束……在飞船的整个区域传输100瓦的优势是，基于地球的接收器缩小到30米的望远镜，这很可能在十年或二十年后出现
" 医生
帕金还补充说，在同样的时间内，滤波器和探测器的改进将允许米级望远镜阵列一起工作，接收来自航天器的信号
然而，这种通信系统也有它的缺点，其中之一与它的紧束特性直接相关
基本上，为了接收数据，阵列必须准确指向地球
对数尺度上的可观测宇宙
荣誉:巴勃罗·卡洛斯·布达西/维基百科 “如果飞船感应到星际介质的相对方向，它会指向地球(或者至少是飞船发射时地球的位置)，”博士说
Parkin
“从那里，它必须找到太阳
然后，因为波束宽度只有太阳到地球距离的十分之一，救生筏必须计算或找到地球的相对位置并指向它
" 然而，这可以通过发送多个航天器来克服，这符合星火的总体愿景
多年来，突破倡议组织一直在考虑如何让一个重量仅为几克的光帆牵引的“纳米飞行器”舰队能够进行星际旅行和探索
作为博士
帕金解释道:“经济学倾向于发射轻型飞船，而且经常如此，比如每周发射一架4克的飞船(能源成本仅为600万美元)
这意味着不仅有一个下行链路，还有许多下行链路
从地球上看，各种帆船将在天空排成一行，在与半人马座阿尔法星会合的不同阶段形成一种帆船管道
" 用直接下行链路发送多个航天器的一个额外好处是
帕金，是他们之间交联的可能性
在这种情况下，与地球的连接将成为自己的数据管道——管道中的管道
这将降低丢失重要数据的风险，并允许已经通过半人马座阿尔法系统的飞船向仍在途中的飞船传递信息
一群离开太阳系的激光帆宇宙飞船
信用:阿德里安·曼 最后一个建议
帕金在论文中提出了一种分布式算法，这种算法允许航天器协同工作，并具有一定程度的自主性，每个航天器负责绘制半人马座阿尔法系统的不同部分
医生
帕金指出，这将减少“决策-行动循环”，这种循环在星际距离上极其缓慢: “这样做的好处是巨大的——在第一批数据到达地球之前，整个系统可以被侦察和测绘
从概念上来说，第一艘帆船可能会发现一颗遥远的行星作为一个光点在图像之间移动，并在此基础上限制其轨道，以便下一艘帆船可以在更近的范围内通过，从而解决表面细节问题
随后的航行可以建立地图，跟踪表面特征，并随着时间的推移发现系统中的大多数行星和卫星
" 为了打破这一切，博士
帕金设想有一支舰队对遥远的恒星系统进行自动探索
第一个进入该系统的人将负责绘制行星和卫星的地图，下一波将描述它们的轨道，随后的人将近距离观察它们，并绘制和监控它们的表面
在这方面，这里提出的概念解决了星际探索的最大挑战之一，即在如此遥远的距离上与探测器通信的困难
教授
亚伯拉罕·勒布——弗兰克·勒布
小贝尔德
哈佛大学科学教授和突破星火咨询委员会主席通过电子邮件告诉《今日宇宙》: “凯文论文中提到的沟通联系是星火计划面临的最大挑战之一
到最近的恒星的遥远距离，4
24光年，低功率的传输意味着微弱的信号，因此地球上有一个巨大的接收器
没有机会向航天器实时发送命令，因为光信号的最短双向行程需要8
48年
" 最后，博士
帕金提出了一个紧迫的问题，即在这种性质的项目实现之前需要发生什么
虽然这篇论文提出了几个创造性的解决方案来应对通信的挑战，但困扰星火的最普遍的问题之一是，未来的进步和创新是必要的，以便将它带入成本效益的领域
他说:“要实现本文所述的全功能救生筏可能需要100年，或者它可能是未来几十年商业驱动研究的副产品。”
“微波相控阵已经使用了50年，但光学相控阵还没有出现，要集成到陶瓷帆上还需要做很多工作
星际介质的发电可以说是Starshot独有的，需要研究，但回报是下行链路可用的功率比其他可能的功率大几个数量级
" 再说一遍，星际或深空探测的任何和所有概念都有各自的挑战，其中一些特别令人生畏
像星火团队面临的许多其他技术障碍一样，这些挑战有一种激发创造性和创新性解决方案的方式
与此同时，我们所能做的就是等待，并希望取得进展，创造新的机会
博士以前的研究
帕金包括2018年发表在《宇航学报》上的研究“突破性恒星系统模型”
这篇论文详细描述了星际热的任务和概念，以及它将如何有益于人类的探索，不仅在星际领域，而且在太阳系内
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