I april i år tillkännagav en grupp affärsmän och forskare, inklusive Stephen Hawking, ett ambitiöst projekt för att utforska det interstellära rummet med hjälp av en kompakt nanosatellit med portostämpel som drivs av laserframdrivning. Mål: att komma till närmaste granne till solsystemet - Alpha Centauri.
Om detta lilla rymdfarkost kan accelereras till nästan den planerade 1/5 ljusets hastighet, kommer fartyget att kunna nå sin destination på bara 20 år. Men kan elektroniken i en så liten och ömtålig enhet fungera i 20 år i det hårda utrymmet?
Enligt forskare från NASA och Korea Institute of Science and Technology är rymdstrålning det största problemet som Hawkings Breakthrough Starshot-projekt kommer att möta.
Som i fallet med astronauter måste rymdfarkosten uppleva kolossala effekter av högt laddade partiklar varje sekund, vilket kan orsaka allvarlig skada på kiseldioxidskiktet som täcker rymdfarkosten. I den här situationen kommer alla interna komponenter i enheten att misslyckas långt före slutet av den 20-åriga rymdresan.
Hur löser du detta problem? Ett av alternativen, enligt forskare från NASA, kan lägga en väg runt de farligaste områdena, där bakgrundsstrålningskoncentrationen är mycket högre än vanligt. Men i det här fallet kan uppdragets varaktighet öka många gånger. Dessutom kommer även minimal exponering för strålning att resultera i någon allvarlig skada på rymdfarkosten över tid.
Ett annat, mer praktiskt alternativ kan vara att skydda sonden och dess elektronik i hopp om att minska effekterna av den skadliga kosmiska bakgrundsstrålningen. Återigen kommer dock att lägga till extra vikt till rymdfarkosten att sakta ner uppdragets hastighet, eftersom det större rymdfarkosten inte kommer att kunna accelerera till önskade hastigheter.
Det finns emellertid ett tredje sätt som kan fungera om vi kan bygga ett nanoskepp som kan självläka från kosmisk strålning på väg till Alpha Centauri.
"I själva verket har tekniken för självläkande marker funnits i flera år", säger NASA-forskare Jin-Woo Han.
Kampanjvideo:
Frågan kan lösas med de experimentella GAA FET (gate-all-around) transistorer som utvecklats av ett internationellt forskargrupp. Deras särdrag ligger i det faktum att chips baserade på dessa transistorer kan återhämta sig under påverkan av värme. Värme kan i sin tur genereras med elektrisk ström. Huvudidén är att ett sådant chip inne i rymdfarkosten kommer att stängas av under en lång rymdresa några år. Vid tiden för sådana "omstart" kommer effekten av värme att återställa den från effekterna av strålning. Efter återhämtning aktiveras chipet igen och fortsätter att göra sitt jobb.
I laboratorietester av dessa transistorer har forskare sett till att flashminne baserat på dem vid uppvärmning kan återställas upp till 10 000 gånger och DRAM-minne upp till 1012 gånger. Naturligtvis, ur perspektivet för utsikterna för användning i rymdfarkoster just nu, är dessa transistorer fortfarande en hypotetisk lösning. Som nämnts ovan är transistorer experimentella. Ett nytt och externt perspektiv på deras effektivitet behövs. Teamet som skapade dem tror dock att deras användning i rymduppdrag som Breakthrough Starshot verkligen är möjlig.
Att lösa problemet med hur elektronik fungerar i utmanande miljöer är naturligtvis bara en del av ett större pussel. Om den lilla rymdfarkosten möter Alpha Centauri måste den slåss mer än bara strålning. Kollisioner med kosmisk gas och damm kommer att vara lika farliga på denna resa.
Tidigare i år inledde Breakthrough Starshot-forskargruppen en serie riskbaserade experiment och fann att en kollision mellan ett så litet fartyg och jämna partiklar av kosmiskt damm skulle vara katastrofalt. Detta innebär att det är nödvändigt att återvända till frågan om skyddande avskärmning av enheten.
Innan projektet blir verklighet tar det en enorm mängd arbete. Och inte bara teknik, utan också vetenskaplig. I slutändan kan dock alla ansträngningar inte vara förgäves. Idén i sig, snarare inte ens en idé, utan en mycket verklig önskan - att nå en stjärna utanför solsystemet om 20 år - borde inte bara förvåna, utan också otroligt motivera. Lyckligtvis finns både den första och den andra i överflöd inom modern vetenskap.
NIKOLAY KHIZHNYAK