Det här är en del av vår Road Trip 2018 sommarserie ’ Taking it to Extremes ’, som tittar på vad som händer när människor blandar vardagsteknik med galna situationer.

 

Nästan 50 år efter att en människa första gången satte sin fot på månen, kanske det är dags för en ny utmaning i rymden. Vad sägs om att ta reda på – i våra liv – om det finns liv på planeter som kretsar kring våra närmaste stjärngrannar?

 

Det är målet för ett projekt som heter Breakthrough Starshot — idén av en rysk miljardär, en före detta chef för NASA :s Ames Research Center och en grupp av högnivåfysiker och ingenjörer.

 

De hoppas kunna skicka hundratals små rymdfarkoster till Alpha Centauris stjärnsystem, där de kommer att undersöka planeter för tecken på liv . Det är en monumental ingenjörsutmaning som kommer att kräva enorma steg i teknik för design av rymdfarkoster, framdrivning och kommunikation. Försöket från SpaceX och Teslas vd Elon Musk att få människor till Mars ser ut som en stadsvandring i jämförelse.

 

Men om Breakthrough Starshot lyckas kan vi få ögonblicksbilder av solsystemet Alpha Centauri 4 ljusår bort – ungefär samma som 6 800 resor till Pluto – 30 till 40 år från nu. Och kanske får vi en bättre uppfattning om hur sällsynt liv är i universum.

 

’Detta tar upp en av mänsklighetens grundläggande frågor: Är vi ensamma?’ säger Breakthrough Starshots verkställande direktör S. Pete Worden, som drev NASAs Ames-center i Mountain View, Kalifornien, i nio år. ’Om vi hittar en livbärande planet som kretsar kring närliggande stjärnsystem, är det en av de mest grundläggande upptäckterna genom tiderna.’

 

Starshot är inte den typ av rymduppdrag du är van vid. Den kommer inte att använda en maffig raket för att driva fram en tung rymdfarkost. NASA:s New Horizons interplanetära sond vägde till exempel lite mer än ett halvt ton. Istället planerar Breakthrough Starshot att använda en gigantisk jordbaserad laseruppsättning för att skjuta en flotta av nästan viktlösa rymdfarkoster som färdas mycket, mycket snabbare. Rymdfarkosten kan vara bara 3 till 12 fot i diameter och väga så lite som en fingerborg vatten.

 

Hur mycket snabbare kommer de att resa? En Starshot-rymdfarkost skulle kunna röra sig med en femtedel av ljusets hastighet – 134 miljoner miles per timme – för att komma till de tre stjärnorna i Alpha Centauri-systemet på drygt 20 år. Väl där kommer de att susa rakt igenom, fota rasande och sedan skicka oss data från den andra sidan av resan.

 

Som jämförelse tog New Horizons nio och ett halvt år att nå Pluto.

 

Du kan hävda att Starshot-idén kom från den berömde astronomen Johannes Kepler från 1500-talet, som skrev i ett brev till sin brainist Galileo Galilei, ’Med skepp eller segel byggda för himmelska vindar kommer vissa att våga sig in i den stora viddheten.’

 

 

Starshots teknologi började bli praktisk 1962, kort efter uppfinningen av lasrar. Det var då fysikern Robert Forward föreslog att man skulle driva rymdfarkoster genom att stråla laserljus mot ett reflekterande segel. Ljussegel testades i vårt solsystem för åtta år sedan med Japans rymdfarkost Ikaros , även om solens ljus endast gav en blygsam tiondel av ett G av dragkraft.

 

Det som gör Starshot till en övertygande idé nu är decenniers arbete med att miniatyra elektronik för datorer och smartphones. Starshot planerar en ’nanocraft’ vars massa är ungefär ett enda gram, samma som ett gem. Det kan räcka för seglet, kameror och sensorer. Dessa sensorer kan mäta magnetiska fält som skyddar planeter från strålning, och de kan detektera särskilda våglängder av ljus som kan indikera närvaron av liv.

 

 

Starshot-forskare har en specifik destination i åtanke: en faktisk planet i den relativt ljumma beboeliga zonen runt Proxima Centauri, en av de tre stjärnorna i Alpha Centauri-systemet. Detaljerade destinationsplaner kommer att utvecklas när ett faktiskt lanseringsdatum närmar sig.

 

Starshot-planen krävde initialt ett litet paket med elektronik kopplat till ett platt ljussegel, kanske 1 till 4 meter tvärs över. Forskare föredrar nu en ny idé: ett sfäriskt ljussegel av jämförbar storlek med elektronik.

 

Se det som en stor pingisboll med datorer och kameror som pekar åt olika håll. Den stora fördelen? Den sfäriska formen, i kombination med en ’ihålig’ laserstråle som är starkare mot dess yttre kant, kan naturligt centreras på strålen under hela accelerationen.

 

’Föreställ dig att du blåser ett papper rakt upp. Det kommer att flyga från strålen om det inte är perfekt inriktat’, säger Zac Manchester, en Stanford-professor och Starshot-ingenjör som har forskat i ämnet och som redan har lanserat en 1,4-tums kvadratisk rymdfarkost i jordens omloppsbana.

 

’Man måste tänka ordentligt på hur man håller seglet på balken’, säger han.

 

 

Starshots laser kommer runt ett stort problem med raketerna vi har använt för att utforska rymden. Raketer bär sitt eget bränsle, så de är riktigt tunga. Föreställ dig att du kör 6 000 miles tvärs över USA och tillbaka utan bensinstationer. Även med ett genomsnitt på 30 miles per gallon, skulle du behöva en 200-liters tank som kommer att sadla din bil med mer än 1 200 pund bränsle. Ingen mer jackrabbit startar när lampan blir grön.

 

Starshot avstår från allt detta eftersom ett moderskepp som kretsar runt jorden skulle släppa nanofarkosten. Lasern som träffar hantverkets ljussegel kommer sedan att skicka dem i fart mot Alpha Centauri.

 

’Det fina med att använda en fotonstråle från jorden är att rymdfarkosten inte har något bränsle alls’, säger George Sowers , en professor i Colorado School of Mines som tidigare var chefsingenjör för Atlas V-raketen som sköt upp New Horizons. En laseruppskjutning befriar dig från ’raketekvationens tyranni’, säger han.

 

Starshot-lasersystemet, som koncentrerar gigantiska mängder ljus på en liten farkost under bara några minuter, kunde accelerera nanocraften med en kraft på 60 000 G. (Jorden drar dig till marken med en kraft på 1G.) Det är samma sak som en kula från en pistol, men utdragen i minuter istället för en bråkdel av en sekund. Efteråt skulle nanofarkosten vara sex gånger avståndet från jorden till månen och färdas mycket snabbare än något annat människor någonsin har byggt. Om du kunde flyga ett plan vid det klippet, skulle du cirkla runt jordens ekvator på två tredjedelar av en sekund.

 

Projektet har börjat finansiera forskare för att finslipa fysikens möjligheter till tekniska verkligheter. Både Worden och Avi Loeb, ledare för Harvards Astronomy Department och Breakthrough Starshot Advisory Committee, pekar på tre stora problem som teamet måste lösa innan någon nanocraft kan flyga sig igenom rymden.

 

Den första är att bygga en rad lasrar som är tillräckligt kraftfulla, billiga nog och intimt sammanlänkade så att miljoner kan agera som en enda laser. Den kombinerade laserkraften måste vara något nära 100 gigawatt, uteffekten av cirka 100 kärnkraftverk, dock bara för en kort skur.

 

Lyckligtvis blir lasrar mer ekonomiska. ’Laserkraften fördubblas var 20:e månad och kostnaden halveras var 34:e månad’, säger Loeb. Trots det kan du förvänta dig att lasermatrisen kommer att kosta ungefär 10 miljarder dollar, säger Loeb.

 

 

Den andra utmaningen är att bygga ett lättsegelmaterial som inte försvinner till en aska när den träffas av den enorma laserstrålen. ’Även om en tiotusendel av laserenergin absorberas, kommer den att brinna,’ säger Loeb.

 

För det tredje är att hitta ett sätt för nanocraften att skicka ett meddelande tillbaka till jorden med en lågeffektlaser. Starshot-forskare tror att samma laserarray som accelererar nanocraften kan arbeta baklänges för att ta emot en återkommande lasersignal – en svår bedrift eftersom nanocraftens signal kommer att vara svag efter att ha färdats så långt.

 

Starshot i år började finansiera forskningsprojekt för att lösa utmaningarna, sa Manchester. Den har tilldelats sina första anslag för kraftfull laserforskning, och nu efterfrågas den för materialvetenskapliga projekt för att tillverka lätta segel som är extremt lätta och extremt reflekterande.

 

Manchester själv har viss erfarenhet av extrema rymdfarkoster. Han är ledare för ett projekt som heter KickSat som har lanserats i jordens omloppsbana i en grupp små satelliter – de ser ut som nakna kretskort ungefär lika stora som ett stort frimärke – och planerar ännu en lansering av nya KickSat-2-modeller i november.

 

’Det faktum att vi byggde 4-grams satelliter och flög dem i rymden – det ger en viss trovärdighet till [Starshot]-historien,’ sa Manchester. ’Det är en språngbräda.’

 

KickSat-2-satelliter kostar bara $20 styck. Starshots nanocraft kommer inte att vara så billigt, men de kommer fortfarande att vara tillräckligt överkomliga för att vi kan lansera dem i massor från ett enda moderskepp. Det ger oss många chanser att höra meddelanden.

 

’När du har infrastrukturen kan du lansera en per dag’, säger Loeb. ’Det kan vara hundratals eller tusentals av dem som skickas åt olika håll.’

 

Det är bara de tre största hindren. Starshot-teamet håller koll på mer än två dussin andra utmaningar också. Den ena är interstellärt damm.

 

Att springa in i en enda väteatom är en stor sak när du jobbar med en femtedel av ljusets hastighet. ’Tänk på det som en liten kärnvapenbomb som träffar dig’, säger Loeb.

 

Nanofarkosten kunde faktiskt utnyttja den energin genom att utnyttja temperaturskillnaden mellan framsidan av rymdfarkosten, där dammet träffar, och den kallare baksidan. Sensorer för rymdfarkoster och gasledningar använder redan denna teknik, som kallas en termoelektrisk generator.

 

 

Genombrottet Starshot måste också brottas med de politiska komplikationerna av att driva en laser som är kraftfull nog att förånga en kommunikationssatellit. Worden förväntar sig att en internationell koalition skulle ha kontroll, med vilket land som helst som kan lägga in sitt veto mot ett laserskott som kan skada flygplan och satelliter.

 

Forskarna överväger också möjligheten att Starshot faktiskt skulle kunna meddela vår existens för potentiellt fientliga utomjordingar.

 

’Jag började livet [som] en militärofficer. Vanligtvis innan du skickar ett uppdrag försöker du ta reda på vad som finns där’, säger Worden, tidigare brigadgeneral i det amerikanska flygvapnet som arbetade med rymd- och missilprogram.

 

Ändå skulle även avancerade utomjordingar kämpa för att fånga en liten nanocraft som sprängde förbi med en femtedel av ljusets hastighet. Människor kunde verkligen inte hantera någon främmande nanocraft som skickades hit. ’Dessa kan flyga genom solsystemet hela tiden och vi skulle aldrig se dem,’ säger Worden.

 

Att planera en insats som kommer att kosta miljarder dollar och ta decennier att slutföra kan verka som en sträcka. USA har kämpat för att matcha den massiva, ihållande ansträngningen från Manhattan-projektet för att bygga de första atomvapnen eller Apollo-programmet för att skicka människor till månen. Men det har varit andra storskaliga framgångar.

 

Large Hadron Collider (LHC), en enorm partikelaccelerator nära Genève men som drivs av forskare från hela världen , hittade den tidigare svårfångade Higgs-bosonen 2012, och förstärkte därmed vår kunskap om den mest grundläggande fysiken. Bygget av världens största och mest kraftfulla partikelkolliderare började 1998.

 

Och 2016 bekräftade Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) Albert Einsteins 1916 förutsägelse av gravitationsvågor – avslöjar ny vetenskap om kolliderande svarta hål och neutronstjärnor.

 

Och NASA:s Voyager 1- och 2-sonder, som lanserades 1977, förväntas fortsätta att samla in vetenskapliga data till åtminstone 2025.

 

Starshot har en intressant skillnad från några av de andra projekten: privat finansiering. Programmets första 100 miljoner dollar kommer från Yuri Milner , en ryss som studerade teoretisk fysik innan han blev en investerare som gjorde bra ifrån sig genom att plöja in pengar i företag som Facebook, Twitter, Airbnb, Spotify och Alibaba. Det kan hjälpa Starshot att undvika ödet för Superconducting Supercollider, en partikelaccelerator som kan ha hittat Higgs-bosonen om kongressen inte hade dragit ut finansiering 1993.

 

Worden tänker sig statlig hjälp från hela världen för att bygga hela Starshot-programmet, men 2000-talets filantropi kan fortfarande vara viktig. Trots allt sitter Facebooks vd Mark Zuckerberg i Starshots styrelse, Microsofts medgrundare Bill Gates spenderar sin förmögenhet på att bekämpa sjukdomar, Googles medgrundare Sergey Brin hjälper till att sponsra Breakthroughs årliga priser på 3 miljoner dollar till forskare och matematiker, och Amazons vd Jeff Bezos plöjer miljoner i sin Blue Origin-raketstart .

 

Precis som rymdkapplöpningen på 1960-talet drev amerikansk teknologi, kunde Starshot leverera mer än bara ögonblicksbilder från Alpha Centauri.

 

Starshots forskare är särskilt slagna av idén att använda lasern för att driva tyngre föremål kortare avstånd.

 

 

’Det där lasersystemet skulle totalt förändra spelet för transport av solsystem och låta oss ta oss till Mars supersnabbt och regelbundet,’ säger Stanfords Manchester.

 

Regeringar kanske blir gladare av att hosta upp miljarder dollar för Starshots laser om den också kunde användas för att pressa asteroider från kollisionskurser med jorden. ’Om dinosaurierna hade en gigantisk laser, kanske de fortfarande skulle vara här,’ säger Worden.

 

Det är år för tidigt för bönräknare att planera någon avkastning på investeringar, men om Starshot övervinner sina enorma utmaningar kommer det att kraftfullt öka mänsklighetens entusiasm för rymden, säger Sowers.

 

’Vi skulle kunna få tillbaka något som verkligen skulle inspirera människor’, säger han. ’Det skulle vara oöverskådligt.’