将宇宙飞船送到另一个星系需要一百万台激光协同工作

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早在2016年，俄裔美国亿万富翁尤里·米尔纳（Yuri Milner）就创立了“突破计划”（Breakthrough Initiatives），这是一个非盈利组织，致力于调查宇宙中一些经久不衰的谜团。他们的主要科研成果是“突破摄星”（Breakthrough Starshot），这是一个结合了光帆、纳米飞行器和定向能量（激光推进）的概念验证原型。计划要创造一艘能够在我们的有生之年到达最近的恒星（半人马座阿尔法星）的宇宙飞船。
自然，这就带来了各种各样的技术和工程挑战，其中最重要的问题是，需要多少能量来将航天器加速到相对论速度（光速的一小部分）。幸运的是，澳大利亚国立大学（ANU）的科学家最近提出了一种定向能量阵列的设计，该阵列将由横跨地球表面的数百万个单独激光器组成。

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这篇论文描述了他们的研究（在突破计划的支持下进行），最近发表在“美国光学学会杂志B”上。该团队由澳大利亚国立大学引力天体物理中心（CGA）研究员图拉·P·班杜顿加博士领导，成员包括澳大利亚国立大学ARC工程量子系统中心和蒙特斯特罗姆洛天文台的成员。
“突破摄星”计划需要一种“克”重级的纳米飞行器，还要配备微型传感器、推进器、摄像机和无线电天线。这个纳米飞行器将由一个米级的光帆牵引，该光帆的尺寸为4 × 4米（13 × 13英尺），并由一个100 吉瓦 (GW) 激光阵列加速。这将使飞船的速度达到光速（0.2 c）的20% ，使其能够在短短20年内完成前往半人马座阿尔法星的旅程。
这次，科研团队结合了光学和天文学许多领域的专业知识，从光纤传感器和光学相控阵到天体物理学和引力波仪器。为了他们的研究，图拉·P·班杜顿加博士和同事们还考虑了制造能够产生100 吉瓦 (GW) 连续波光功率的激光阵列的各种可能性。

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最后，他们认为最好的选择是依靠108个陆基阵列协同行动。图拉·P·班杜顿加博士表示：
“要跨越半人马座阿尔法星和我们的太阳系之间的巨大距离，我们必须跳出思维定式，打造星际空间旅行的新方式。一旦上路，风帆将在太空的真空中飞行20年才能到达目的地。在飞越半人马座阿尔法星的过程中，它将记录图像和科学测量数据，并将其广播回地球。 ”
合作参与这项研究的罗伯特·沃德博士，也是这个项目的奠基科学家，他开创了澳大利亚国立大学节点。根据沃德的说法，建立一个100 吉瓦的阵列绝非易事，因为这大约是当今世界上最大的电池容量的100倍。他说：“要实现这一目标，我们估计所需的激光器数量约为1亿台。 ”此外，这些激光器必须合而为一，要聚焦在测量不超过16平方米的光帆上。