Inuti Starshot, den djärva planen att skjuta små skepp till Alpha Centauri

Fotografi av Philip Lubin som går på stranden Michelle Groskopf

Starship-konferenser lockar en hoppfull skara: forskare, uppfinnare och hobbyister entusiastiska över idén om att bygga rymdfarkoster som kan flyga mellan stjärnsystem. Spänningen vid dessa sammankomster kan få det att kännas som om allt är möjligt – men också som om ingenting är. Många av de system som lagts fram är för vaga och de har nästan alltid för många tekniska luckor att fylla.

2015 intog Philip Lubin, en kosmolog från University of California, Santa Barbara, scenen vid 100-åriga Starship Symposium i Santa Clara. Han beskrev sin plan att bygga en laser så kraftfull att den skulle kunna accelerera små rymdfarkoster till 20 % av ljusets hastighet och få dem till Alpha Centauri på bara 20 år. Vi skulle kunna bli interstellära upptäcktsresande inom en enda generation. Det var ganska kroken.

Den här historien var en del av vårt julinummer 2019

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Eftersom Lubin är en utmärkt offentlig talare, och eftersom den underliggande tekniken redan fanns, och eftersom vetenskapen var sund, blev han mobbad efter föredraget. Han träffade också Pete Worden, en tidigare forskningschef för NASA:s Ames Research Center, för första gången. Worden hade nyligen tagit över som chef för Breakthrough Initiatives, ett ideellt program finansierat av den ryska teknikmiljardären Yuri Milner. Sex månader senare hade Lubins projekt 100 miljoner dollar i finansiering från Breakthrough och godkännandet av Stephen Hawking, som kallade det nästa stora språng in i kosmos.

Starshot är okomplicerat, åtminstone i teorin. Bygg först ett enormt utbud av måttligt kraftfulla lasrar. Sätt ihop dem – det som kallas faslås – för att skapa en enda stråle med upp till 100 gigawatt effekt. Rikta strålen mot starkt reflekterande ljussegel fästa på rymdfarkoster som väger mindre än ett gram och som redan är i omloppsbana. Slå på strålen i några minuter, och fotontrycket spränger rymdfarkosten till relativistiska hastigheter.

På Lubins UC Santa Barbara-labb studerar den experimentella kosmologigruppen det tidiga universum. Att kombinera Lubins forskning inom riktad energi med andra passioner såsom framdrivning har hjälpt Starshot att utvecklas. Ms Tech / originalbilder: Michelle Groskopf

Inte bara kunde en sådan teknik användas för att skicka sensorer till ett annat stjärnsystem; det skulle kunna skicka större farkoster till jordens närliggande planeter och månar. Föreställ dig ett paket till Mars om några dagar, eller ett besättningsuppdrag till Mars om en månad. Starshot krymper effektivt solsystemet, och i slutändan galaxen.

Det är fantastiskt. Och även en dröm. Eller ett försäljningsargument. Eller ett långsiktigt, långt borta projekt som inte kan upprätthållas tillräckligt länge för att de obefintliga teknologier som det kräver ska byggas.

Lubin är en ung 66. Han går snabbt, och hans tjocka hår och helskägg är mörkt. När jag åkte för att träffa honom i Santa Barbara i april, berättade han för mig att han hade varit ett seriöst barn, störd av världens verklighet. Han sökte tröst i matematik och naturvetenskap eftersom han fann dem vackra. Jag älskade skolan, förklarar han. Jag brukade plugga hela tiden. Det var som en reträtt för mig: cykla till biblioteket och sluka böcker.

Trots det förväntade han sig inte att han skulle följa en akademisk väg - det verkade inte möjligt. Hans familj uppskattade utbildning, men hans litauiske far, som arbetade som brevbärare, tog aldrig ens examen från gymnasiet. Hans ryskfödda mamma var sekreterare. Jag växte upp med en internalisering av att college var för andra människor, säger han. Efter uppmuntran från en skolkurator i Los Angeles gick han dock på Community College; lärare där uppmanade honom att flytta till UC Berkeley. Och där knuffade hans professorer honom att söka till forskarskolan. Så småningom landade han på Harvard. När jag ser tillbaka på det, säger han, var jag en total knott.

Idag är Lubin en kosmolog. Under stora delar av sin karriär har han byggt utrustning för att mäta bakgrundsstrålningen från universum, men hans vetenskapliga och tekniska intressen är varierande. Det var på en konferens om försvarsteknik, där han pratade om att använda lasrar för att försvara jorden mot inkommande asteroider och kometer, som han först kom på idén till Starshot.

Michelle Groskopf

Han berättar också om en annan besatthet: framdrivning. De flesta raketer går idag på flytande bränsle, ungefär som de gjorde när Tyskland uppfann V2 under andra världskriget. De senaste 75 åren inom datoranvändning har som jämförelse producerat en biljonfaldig ökning av hastigheten. Skulle det inte vara snyggt om framdrivningen kunde avancera så? säger Lubin. SLS - NASA:s supertunga raket, som redan har kostat 12 miljarder dollar och fortfarande inte är klar - kan kosta mindre än ett öre.

Lubins labb vid UC Santa Barbara har ett rörigt lager som känns typiskt för experimentella fysikuppställningar: gigantiska spolar av optisk fiber, stativ med oscilloskop, verktygslådor, kretskort. Ett skåp för lösningsmedel, ett annat för snacks.

När vi går genom labben är han snabb med att erkänna att Starshot fortfarande står inför många utmaningar. Det finns till exempel ingen laser som är tillräckligt kraftfull för att göra den här typen av sprängning. Det finns inga lätta segel som skulle kunna ta en sådan stråle utan att bli utplånade. Det finns inga mindre än gram-stora rymdfarkoster för att göra resan, och frågor om lasertillförsel och laserplacering kvarstår. Och så finns det de etiska och geopolitiska konsekvenserna av att bygga en så kraftfull riktad energikälla. Det kan trots allt också vara ett vapen.

Vid whiteboarden börjar postdoktorn Peter Krogan gå igenom lösningarna på dessa frågor. Först ut: bygga laseruppsättningen.

Michelle Groskopf

Utmaningen här är att ta reda på hur man fixar frekvensen för miljarder lasrar, var och en 10 centimeter i diameter, och stabiliserar dem så att de kan kombineras till en enda stor stråle. Genom att låsa ihop fler strålar kan laserns styrka skalas upp till de föreslagna nivåerna. Teamets nuvarande arbetsplan är för en array placerad på marken, som håller kostnaderna lägre än om den placerades i omloppsbana, men lägger till andra komplikationer - som att övervinna atmosfärisk störning. Detta kräver en fyr som är fäst vid rymdfarkosten som skickar en signal tillbaka genom atmosfären och låter de markbaserade lasrarna fixera på sitt mål. För att koppla ihop arrayen arbetar Krogan med kapslad faslåsning, där en mindre array synkroniseras innan nästa lager i arrayen ses, och så vidare. Om detta kan fungera för två lager av lasrar - deras omedelbara forskningsmål - så kan det bara vara möjligt att göra det för de fem lager som simuleringar säger är bäst för en 100-gigawattstråle.

Den andra stora utmaningen är solseglet. Även om konceptet har funnits i decennier, implementerades det inte framgångsrikt förrän 2010, när Japans rymdfarkost Ikaros testade ett segel 14 meter (46 fot) i kvadrat under sitt uppdrag runt solen. Men ett segel som kan ta det milda trycket från solfotoner skiljer sig drastiskt från ett som kan motstå den mest kraftfulla laser som någonsin byggts – skillnaden mellan att låta en aprildimma träffa ditt ansikte och att bli stött av en brandslang.

För att klara detta måste Starshot-seglet vara extremt robust, även om det också måste vara extremt lätt. Nyckeln, förklarar Krogan, är att låta en del av den kraften läcka igenom: seglets material måste vara transparent och reflekterande samtidigt. Glas är en av de mer lovande kandidaterna, även om det skulle behöva justeras sina egenskaper för att uppnå den perfekta blandningen av reflektivitet och transparens. Det ideala materialet måste fortfarande uppfinnas, men det finns några lovande framsteg, säger Krogan.

Prashant Srinivasan är bland dem som arbetar med laserdrivna rymdfarkoster i waferscale som gruppen hoppas kan nå Alpha Centauri inom en generation. Michelle Groskopf

Den tredje stora utmaningen är att bygga den lilla rymdfarkosten. De minsta föremålen som kretsar runt jorden just nu är cubesats, som är 10 centimeter på varje sida och väger ungefär ett kilo. Lubins team vill krympa hela farkosten till storleken av ett mikrochip - vad de kallar wafer-scale. De har miniatyriserat prototyper till storleken av en tändsticksbok och till och med en fjärdedel. Men deras bästa fungerande modeller väger för närvarande cirka 100 gram, fortfarande 100 gånger för tunga för Alpha Centauri-uppdraget. Hinder inkluderar integrering av elektronik och fotonik, vilket gör det möjligt att motstå strålning i rymden, krympning av strömförsörjningen, utveckling av en ultraliten inbyggd thruster … listan fortsätter.

Men även om de tekniska utmaningarna är verkliga, är den stora skillnaden mellan Starshot och många andra interstellära projekt att det inte kräver ny fysik eller ens fundamentalt ny teknologi. När Lubin utvecklade idén skickade han detaljerna till kollegor för feedback. De var människor som skulle slita sönder det, säger han. Människorna som inte tar några fångar och inte har nåd och är helt bekväma med att säga, 'din idiot!'... Jag sa: 'Snälla förstör det här, för jag är trött på att arbeta med det.' Till slut sa alla jag pratade med , 'Tja, det borde fungera.'

När Breakthroughs tekniska experter granskade konceptet var konturerna solida. Worden var upprymd. Vi var alla övertygade om att detta var den första riktigt rimliga interstellära teknologin som vi kunde göra under vår livstid och skulle vara överkomlig, säger han.

Och även om inte alla problem kommer att lösas, är det värt att lösa några av dem, säger han. Att till exempel utveckla en fullt kapabel rymdfarkost som väger mindre än ett gram skulle vara en stor revolution. Cubesats avfärdades av många tills för bara några år sedan; nu finns det konstellationer av dem. Chipsats, säger han, kommer att mogna snart och revolutionera vetenskap och kommunikation. Billiga, effektiva lasermatriser kan vara användbara för jobb som att skjuta rymdskräp ur vägen. Och framsteg inom lätta segel skulle tillåta mikroskaliga rymdfarkoster inom vårt eget solsystem att nå andra planeter på månader, inte år. Det kommer att förändra vår förståelse av objekt i vårt solsystem och sökandet efter liv, säger Worden. Och kommersiellt kommer det att vara enormt värdefullt när man letar efter rymdresurser.

Det finns dock ett problem som inte kan lösas med teknik: geopolitik. Lasrar skulle hjälpa till att driva fram solsegel, säger Joan Johnson-Freese, professor i nationella säkerhetsfrågor vid US Naval War College som också sitter i Breakthrough-styrelsen. Men när man börjar prata om att avfyra laser blir folk väldigt nervösa.

Hon föreslår att internationella överenskommelser sannolikt skulle säkerställa den bredaste och mest fördelaktiga användningen av en så kraftfull laser. Och rymdens militära potential är inte ny: i dag anses allt Kina gör i rymden med dubbla användningsområden. Detsamma gäller för USA, säger hon. Kina skulle kunna tolka allt vi gör som hotfullt.

En väg framåt skulle kunna vara att demokratisera prospektering. Historiskt sett har USA och andra supermakter dominerat rymden, men Starshot kan öppna det för länder som inte har tillgång. En nation som lanserade en flotta av chipsats kunde komma åt kommunikation, utforskning och kommersiell spaning som tidigare var oöverkomliga. Det är ett sällsynt projekt som har så stora tekniska, vetenskapliga, kommersiella och geopolitiska konsekvenser.

Michelle Groskopf

Det kräver en del noggrant tänkande, och även transparens, och eventuellt internationellt samarbete och samtal på sikt, säger Lubin. Lyckligtvis har vi lite tid, eftersom vi inte distribuerar någon gång snart.

Så när kommer Starshot att realiseras? Ett mål är att få sonder till Alpha Centauri senast 2061, 100-årsdagen av Yuri Gagarins banbrytande orbitalflygning. Det är långt kvar, nästan säkert bortom Lubins livstid. Han säger att projektet kommer att ha en chans bara om folk inser att det är milstolpsbaserat, en roadtrip med många punkter längs vägen.

Men den långa horisonten betyder att det kommer att behövas pengar. NASA:s bidrag löpte ut i år. Övriga pengar har kommit från en anonym filantrop. Och än så länge har Breakthroughs finansiering ännu inte kommit fram.

Vi är en ny organisation, och vi är fortfarande i startfasen, säger Worden och lovar att pengarna kommer när förhandlingarna mellan universitet, entreprenörer och tillsynsmyndigheter har slutförts.

Det är ett pussel, men Lubin är inte rädd för lite komplexitet. Det är precis vad hela denna strävan handlar om. Det här är inte bara en engångsteknik, säger han. Det är inte bara wafers till stjärnorna. Det är cubesats till Europa, eller människor till Mars snabbt, eller förmågan att hålla en rymdfarkost i omloppsbana längre på låg höjd, eller att skydda planeten från yttre hot som asteroider. Om du inte förstår hela vidden av denna teknik, så missar du skönheten i den transformation som den gör möjlig.

Kate Greene är en essäist, poet och före detta laserfysiker.

Dölj