Den 16 november, 2019, Piloten och författaren Robert DeLaurentis gav sig ut på ett ambitiöst äventyr. På väg från San Diego County's Gillespie Field, han bankade mot Grand Prairie, Texas på första etappen av en pole to pole expedition. Vid varje stopp på vägen planerade han att prata om STEM-utbildning, flygsäkerhet och teknik, allt med avsikten att uppmuntra och inspirera nästa generation.

Det mesta av lastutrymmet i hans modifierade tvåmotoriga flygplan från 1983, kallad "Världsmedborgare, "hade utrustats med extra bränsletankar för den långa resan, men han hade plats för en liten enhet med tillstånd av forskare vid UC Santa Barbara:en rymdfarkost i wafer-skala (WSS).

Miniatyrsatelliten är ett verk av fysikprofessor Philip Lubin, utvecklingstekniker Nic Rupert, postdoktor Peter Krogen och doktorand Varun Iyer. Det är en del av projektet Starlight, en NASA-stödd ansträngning för att utveckla en rymdfarkost och framdrivningssystem som kan nå närmaste extrasolsystem inom en mänsklig livstid.

Konceptet är ett radikalt avsteg från konventionell praxis. Den vanliga inställningen är att skjuta upp en rymdfarkost med ett framdrivningssystem för att få den till sin destination. Starlight tar ett annat grepp:Lämna det skrymmande framdrivningssystemet på jorden, och stråla energin mot rymdfarkosten med hjälp av högeffektslasrar.

Denna okonventionella idé gör det möjligt för forskare att miniatyrisera farkosten till en punkt där den kan accelereras till en betydande bråkdel av ljusets hastighet. Detta skulle minska en resa till det närmaste stjärnsystemet - Alpha Centauri - från 100, 000 år till cirka 20 år.

"Kemi är en återvändsgränd för att bli interstellär, " sa Lubin, hänvisar till konventionella raketdrivmedel. Laserframdrivning bör göra det möjligt för farkosten att uppnå tillräckligt snabba hastigheter för att den kan nå närliggande stjärnor inom en nominell mänsklig livstid.

Lubin och hans team inser den bredare betydelsen av deras projekt. "En del av vårt program, samtidigt som den är väldigt teknisk, försöker inspirera människor till möjligheterna för mänsklig utforskning, " han sa.

Denna aspekt gick inte förlorad för DeLaurentis, som träffade Lubin när han besökte Santa Barbara med vännen och medpiloten Brian Keating, en kosmologiprofessor vid UC San Diego. "Den här resan handlar om att ta planet och piloten till sina absoluta gränser, sa DeLaurentis, "och jag tror att detta rymdskepp i wafer-skala tar vår kunskap till sina absoluta gränser, för."

Och, som DeLaurentis lade till, "flyget är verkligen det första steget i att röra sig mot stjärnorna."

Labbet försåg piloten med en WSS, som han kallade Francis, efter sin bortgångne mor. Den kopplades in i en USB-port och bodde på ett av fönstren bakom copilotens säte. "Den tog bilder, den mätte höjden, temperatur, fart, plats, " han sa, "och det var bara i princip pekat ut genom fönstret hela tiden."

Rymdfarkoster ombord, Delaurentis navigerade sig söderut från Texas, stannar i Panama, Columbia, Bolivia och Argentina. The Citizen of the World korsade framgångsrikt Sydpolen den 17 december, 2019 – 116-årsdagen av bröderna Wrights första flygning. Transiteringen över både nord- och sydpolen drevs helt av biobränsle.

Trots att den väger strax under 1 ¼ uns, rymdfarkosten packade en mängd olika sensorer. Den hade en 5-megapixelkamera, detektor för omgivande ljus, GPS-system, tryck- och fuktighetssensor, två termometrar och en nioaxlig tröghetsmätenhet. Teamet planerar att krympa rymdfarkosten ytterligare i framtiden. "Vi skulle vilja göra en rymdfarkost som nästan kan skrivas ut som en processor, " sa senior ingenjör Nic Rupert.

Starlight är ett långsiktigt projekt, med en tidsram som är jämförbar med utvecklingen av raketer som började före andra världskriget till uppskjutningen av Apollo 11. Det tog årtionden av arbete som inte nödvändigtvis var inriktat på att gå till månen för att landa besättningen på Apollo 11, sa Lubin. Bortsett från, Rymdkapplöpningen drevs av militär forskning under det kalla kriget, Starlight drivs av civilt arbete på konsumentteknikmarknaden.

Rymdfarkostens resa norrut var mycket mer hektisk. The Citizen of the World hade turen att kunna lämna Italien strax innan landet stängde i mars. Vid den tidpunkten avbröts expeditionen nästan när COVID-19 drabbade Europa. Delaurentis och WSS begav sig till det närmaste landet som fortfarande var öppet, Spanien, där han tillbringade sex veckor i karantän när pandemin svepte över kontinenten.

När restriktionerna lättade, planet och rymdfarkosten på väg till Sverige, där resan stannade ytterligare en månad. Planen hade varit att flyga till den norska ön Svalbard, men tillstånd skulle inte komma från den norska regeringen. Oavskräckt, DeLaurentis flög 11,5 timmar, direkt från Kiruna, Sverige till Fairbanks, Alaska. På väg, pilot, flygplan och rymdfarkoster passerade de magnetiska och geografiska nordpolerna, samt otillgänglighetens nordpol.

Under det benet, DeLaurentis befann sig oväntat utan navigering eller autopilot. Han var omgiven av fem timmars vatten på alla sidor, utan ens stjärnorna för att vägleda honom under polarsommarens 24-timmars dagsljus.

Lyckligtvis fungerade pilotens surfplatta fortfarande, och han kunde säkert navigera till Fairbanks.

Rymdfarkosten, dock, inte stött på sådana problem. "Vår instrumentering fungerade bra, även över stolparna, ", sa Iyer. "Vi har oavbruten GPS och tröghetsmätenhetsdata för båda flygningarna som tog Robert över polerna." Detta bådar gott för dess tillförlitlighet på den långa resan till Alpha Centauri.

Även om pandemin hotade att grunda hela expeditionen, laget höll ut, och lyckades till slut. Citizen of the World landade igen på Gillespie Field den 10 augusti, 2020. WSS Francis återvände till sitt hem i Lubin Lab kort därefter, vid vilken tidpunkt laget laddade ner all data som de hade registrerat på sitt inbyggda microSD-kort.

Forskarna har använt data för att förstå hur hantverket presterade. "Det har gjort oss medvetna om vissa problem med att enheten automatiskt återställer sig själv då och då utan någon uppenbar orsak, " förklarade Iyer, "ett problem som vi inte tidigare hade observerat i en labbmiljö."

När det gäller själva WSS:"Francis har slutfört sitt uppdrag och allt var en framgång, " sa Rupert. "Vi lärde oss ganska mycket av det här experimentet, och hittade många nya sätt att förfina och effektivisera prototypen. Francis har nu gått i pension. Hon har en fin plats på hyllan bredvid sina syskon."