Et lille rumfartøj tager med på en pilots episke rejse for at flyve fra pol til pol

Den 16. november 2019, Piloten og forfatteren Robert DeLaurentis tog ud på et ambitiøst eventyr. På vej ud fra San Diego amts Gillespie Field, han bankede mod Grand Prairie, Texas på den første del af en pole til pole ekspedition. Ved hvert stop på vejen planlagde han at tale om STEM-uddannelse, luftfartssikkerhed og teknologi, alt sammen med den hensigt at opmuntre og inspirere den næste generation.

Det meste af lastrummet i hans modificerede 1983 tomotorede fly, døbt "Citizen of the World, "var blevet udstyret med ekstra brændstoftanke til den lange rejse, men han havde plads til en lille enhed takket være forskere ved UC Santa Barbara:et rumfartøj i wafer-skala (WSS).

Miniaturesatellitten er værket af fysikprofessor Philip Lubin, udviklingstekniker Nic Rupert, postdoc Peter Krogen og bachelorstuderende Varun Iyer. Det er en del af projekt Starlight, en NASA-støttet indsats for at udvikle et rumfartøj og fremdriftssystem, der kan nå det nærmeste ekstra-solsystem inden for et menneskeligt liv.

Konceptet er en radikal afvigelse fra konventionel praksis. Den sædvanlige opsætning er at opsende et rumfartøj med et fremdriftssystem for at få det til sin destination. Starlight tager en anden vej:Lad det omfangsrige fremdriftssystem blive på Jorden, og stråle energien mod rumfartøjet ved hjælp af højeffektlasere.

Denne ukonventionelle idé gør det muligt for forskere at miniaturisere fartøjet til det punkt, hvor det kunne accelereres til en betydelig brøkdel af lysets hastighed. Dette ville skære en tur til det nærmeste stjernesystem - Alpha Centauri - fra 100, 000 år til omkring 20 år.

"Kemi er en blindgyde for at blive interstellar, " sagde Lubin, med henvisning til konventionelt raketdrivmiddel. Laserfremdrift skulle gøre fartøjet i stand til at opnå hastigheder, der er hurtige nok til, at det kan nå nærliggende stjerner inden for en nominel menneskelig levetid.

Lubin og hans team anerkender den bredere betydning af deres projekt. "En del af vores program, samtidig med at det er meget teknisk, forsøger at inspirere folk til mulighederne for menneskelig udforskning, " han sagde.

Dette aspekt gik ikke tabt på DeLaurentis, der mødte Lubin, mens han besøgte Santa Barbara sammen med ven og medpilot Brian Keating, en kosmologiprofessor ved UC San Diego. "Denne tur handler om at tage flyet og piloten til deres absolutte grænser, " sagde DeLaurentis, "og jeg tror, ​​at dette rumskib i wafer-skala tager vores viden til dets absolutte grænser, også."

Og, som DeLaurentis tilføjede, "Luftfart er virkelig det første skridt i at bevæge sig mod stjernerne."

Laboratoriet forsynede piloten med en WSS, som han kaldte Francis, efter sin afdøde mor. Den blev sat i en USB-port og boede på et af vinduerne bag copilotens sæde. "Den tog billeder, den målte højden, temperatur, hastighed, Beliggenhed, " han sagde, "og det blev bare dybest set peget ud af vinduet hele tiden."

Rumfartøjer ombord, Delaurentis navigerede sig sydpå fra Texas, stopper i Panama, Columbia, Bolivia og Argentina. The Citizen of the World krydsede med succes Sydpolen den 17. december, 2019 - 116-årsdagen for Wright Brothers' første flyvning. Transporten over både nord- og sydpolen blev drevet fuldstændig af biobrændstof.

På trods af en vægt på lige under 1 ¼ ounce, rumfartøjet pakket en bred vifte af sensorer. Den havde et 5-megapixel kamera, omgivende lysdetektor, GPS system, tryk- og fugtsensor, to termometre og en ni-akset inertimåleenhed. Holdet planlægger at formindske rumfartøjet endnu mere i fremtiden. "Vi vil gerne lave et rumfartøj, der næsten kan printes ud som en processor, " sagde senioringeniør Nic Rupert.

Starlight er et langsigtet projekt, med en tidsramme, der kan sammenlignes med udviklingen af ​​raketter, der begyndte før Anden Verdenskrig til opsendelsen af ​​Apollo 11. Det tog årtiers arbejde, der ikke nødvendigvis var rettet mod at tage til månen for at lande besætningen på Apollo 11, sagde Lubin. Undtagen, der henviser til, at rumkapløbet blev drevet af militær forskning under den kolde krig, Starlight er drevet af civilt arbejde på forbrugerteknologimarkedet.

Rumfartøjets rejse nordpå var meget mere hektisk. Verdensborgeren var så heldig at kunne rejse fra Italien lige før landet lukkede i marts. På det tidspunkt blev ekspeditionen næsten afbrudt, da COVID-19 ramte Europa. Delaurentis og WSS tog til det nærmeste land, der stadig var åbent, Spanien, hvor han tilbragte seks uger i karantæne, da pandemien fejede ind over kontinentet.

Når restriktionerne blev lempet, flyet og rumfartøjet på vej til Sverige, hvor turen gik i stå i endnu en måned. Planen havde været at flyve til den norske ø Svalbard, men godkendelse ville ikke komme fra den norske regering. Uafskrækket, DeLaurentis fløj 11,5 timer, direkte fra Kiruna, Sverige til Fairbanks, Alaska. På vej, pilot, fly og rumfartøj passerede over de magnetiske og geografiske nordpoler, samt utilgængelighedens nordpol.

Under det ben, DeLaurentis befandt sig uventet uden navigation eller autopilot. Han var omgivet af fem timers vand på alle sider, uden selv stjernerne til at guide ham i polarsommerens 24-timers dagslys.

Heldigvis fungerede pilotens tablet stadig, og han var i stand til at navigere sikkert til Fairbanks.

Rumfartøjet, imidlertid, ikke stødt på sådanne problemer. "Vores instrumentering fungerede fint, selv over polerne, " sagde Iyer. "Vi har uafbrudte GPS- og inertimålenhedsdata for begge de flyvninger, der tog Robert over polerne." Dette lover godt for dets pålidelighed på den lange rejse til Alpha Centauri.

Selvom pandemien truede med at grundlægge hele ekspeditionen, holdet holdt ud, og i sidste ende lykkedes det. Citizen of the World landede igen ved Gillespie Field den 10. august, 2020. WSS Francis vendte tilbage til sit hjem i Lubin Lab kort derefter, på hvilket tidspunkt holdet downloadede alle de data, det havde optaget på sit indbyggede microSD-kort.

Forskerne har brugt dataene til at forstå, hvordan håndværket klarede sig. "Det har gjort os opmærksomme på nogle problemer med, at enheden automatisk nulstiller sig selv fra tid til anden uden nogen åbenbar årsag, " forklarede Iyer, "et problem, som vi ikke tidligere havde observeret i et laboratoriemiljø."

Hvad angår WSS selv:"Francis har fuldført sin mission, og alt var en succes, " sagde Rupert. "Vi lærte ret meget af dette eksperiment, og fundet mange nye måder at forfine og strømline prototypen på. Francis er nu blevet pensioneret. Hun indtager en fin plads på hylden ved siden af ​​sine søskende."