スターウィスプ

スターウィスプは故ロバート・L・フォワード氏が提案した仮想の無人恒星間探査機の設計である。マイクロ波帆で推進され、概念的にはソーラーセイルに似ているが、動力は人工のマイクロ波源である。目標のシステム内を減速することなく飛行する。

「スターウィスプ」は、マイクロ波ビームで推進される超低質量の星間探査機のコンセプトです。これは、科学者で作家のロバート L. フォワードによって1985 年に提案され、^{[1] 、}ジェフリー A. ランディスによってさらに研究が2000 年に発表されました。 ^[2]提案されたデバイスは、帆を推し進める高出力マイクロ波アンテナの形でビーム駆動推進を使用します。探査機自体は、約 100 メートル幅の極細カーボン ワイヤのメッシュで構成され、ワイヤの間隔は、探査機を推し進めるために使用されるマイクロ波の 3 mm波長と同じになります。

フォワードは、ワイヤーにナノスケールのコンピュータ回路、センサー、マイクロ波電力収集システム、マイクロ波無線送信機を組み込み、ワイヤー表面に製造して、プローブにデータ収集と送信機能を与えることを提案した。帆全体に分散されているため、ミッション電子機器を帆で引っ張られる別のプローブに配置する場合のように「リギング」は不要である。

スターウィスプの当初のコンセプトでは、マイクロ波が効率的に反射され、金網の表面が超伝導体として機能し、ほぼ完璧な効率の鏡となると想定されていました。この想定は正しくありません。ランディスは、グリッドは入射する電力のかなりの部分を吸収するため、超伝導になるほど低温を維持できないことを示しました。設計は熱的に制限されているため、ランディスのコンセプトでは材料としてカーボンが使用されています。

低質量はスターウィスプ探査機の重要な特徴である。ランディスの計算によると、メッシュの密度はわずか100 kg/km ²で、総質量は1 kg、積載量は80グラムである。

回折限界により送信アンテナの範囲は厳しく制限されますが、プローブは 24 m/s ²の加速度を持つように設計されているため、範囲外を通過する前に、非常に短い距離内で光速のかなりの部分に達することができます。アンテナは直径 560 km のマイクロ波レンズを使用し、56 GW の電力を送信し、プローブを光速の 10% まで加速します。

探査機は数十年間電力なしで巡航し、最終的に目標の星に近づいた時点で、探査機を打ち上げたアンテナが再びスターウィスプにビームを向ける。これはスターウィスプが目的地までの約80%の地点で行われるため、ビームとスターウィスプは同時に到着する。このような極端に長い距離ではアンテナは推進力を提供できないが、スターウィスプはワイヤーセイルを使用してマイクロ波エネルギーを収集し、その一部を電気に変換してセンサーを作動させ、収集したデータを送信することができる。スターウィスプは目標の星で減速せず、代わりに高速フライバイミッションを実行する。

アンテナはスターウィスプの打ち上げ時に数日間、そして数十年後に目標地点を通過する際にアンテナに電力を供給するためにさらに数日間だけ必要となるため、スターウィスプ探査機は大量生産され、数日ごとにメーザーによって打ち上げられる可能性がある。このようにして、スターウィスプ探査機が太陽系を通過するのがわずか数日であっても、遠方の太陽系に関するデータを継続的に収集することができる。あるいは、その間、打ち上げ送信機を、太陽光発電衛星のように、商業利用のために地球に電力を送るために使用することもできる。

このような精巧な探査機を製作するのは、かなりの難題となるだろう。提案されている方法の 1 つは、探査機とその回路を、紫外線にさらされると劣化する巨大なプラスチック シートに「ペイント」し、宇宙空間に展開した後、シートが太陽の紫外線の攻撃で蒸発するのを待つというものである。

提案された別の方法では、Starwisp プローブ ワイヤは、現代のコンピューター マイクロチップ上のワイヤや回路要素と同じ物理的スケールであり、コンピューター チップと同じフォトリソグラフィー製造技術で製造できると指摘されています。プローブは、現在のチップ製造シリコン ウェーハのサイズのセクションに構築され、その後接続される必要があります。

この設計が直面する大きな問題は、途中で遭遇する放射線だ。光速の20%で移動すると、通常の星間水素は重大な放射線障害となり、スターウィスプには遮蔽物がなく、おそらく能動的な自己修復機能もないだろう。もう1つの問題は、スターウィスプの加速を帆の領域全体で均一に保ち、繊細なワイヤーが裂けたりねじれたりしないようにすることだ。スターウィスプの形状が少しでも歪むと、スターウィスプの一部が他の部分とは異なる方向にマイクロ波を反射し、さらに形状が崩れて暴走する大惨事につながる可能性がある。このような繊細で絶妙なバランスのとれた制御は、実現不可能かもしれない。

ダスティプラズマセイル^[要出典]を使用すると、空間内でプラズマとして維持されるダスティ物質が電磁放射の反射を担うため、放射圧の伝達を担う媒体への放射損傷に関連する問題を回避できる可能性があります(ダスティプラズマセイルは、薄膜などほど簡単には損傷しない可能性があります)。ダスティプラズマセイルは、入射光/マイクロ波ビームに対して垂直に反射するように、3 次元構造をリアルタイムで適応させることもできます。

• SF小説の中で、フォワードは、太陽光発電衛星の建設後に試験が行われている間に、太陽光発電衛星からのビームを使ってスターウィスプ探査機を推進できると示唆した。^[3]

• ブレークスルー・スターショット、レーザー推進のスターウィスプ型宇宙船の資金提供提案

• ライトセイル
• 小型レーザー推進星間探査機
• 星を目指して出航
• ビームによる星への推進力 アーカイブ 2017-11-06ウェイバックマシン