До Марса на световых парусах — как устроена новая нанотехнология
Ученые из TU Delft и Брауновского университета создали сверхтонкие световые паруса, которые могут дать начало сверхбыстрым межзвездным путешествиям. Они работают за счет давления лазерного излучения, а их толщина составляет всего 200 нм — это примерно в 500 раз тоньше человеческого волоса.
Прототип паруса размером 60 на 60 мм покрыт миллиардами крошечных отверстий. Если масштабировать эту технологию, можно получить структуру площадью семь футбольных полей, но толщиной всего 1 мм. Лазерные лучи, воздействуя на такой парус, могут разгонять его до невероятных скоростей, что сейчас особенно важно для космических исследований.
Обычные ракеты используют химическое топливо, которое ограничивает их передвижение и дальность полета. Световой парус, перемещаясь под действием лазерного излучения, способен достичь значительно больших скоростей. Например, гипотетический зонд с таким парусом мог бы долететь до Марса всего за несколько недель — это сравнимо со сроками доставки международных посылок. А путь до ближайшей звезды, которая обычным способом заняла бы десятки тысяч лет, может сократиться до 20 лет.
Чтобы достичь такой эффективности, ученые обратились к специальным алгоритмам и оптимизировали структуру паруса. Также они разработали новый метод газовой травки, который позволяет аккуратно удалять ненужный материал, оставляя только ультратонкую, но прочную пленку. Основная сложность заключается в процессе производства: материал может ломаться при изготовлении, но после подвешивания становится устойчивым.
На данный момент технологию еще рано использовать в открытом космическом пространстве. Пока что ученые добились перемещения паруса с помощью лазера на крошечные дистанции, но уже проводят эксперименты по продвижению на целые сантиметры вопреки силе притяжения. Это расстояние кажется незначительным, но на самом деле оно в миллиарды раз больше, чем удавалось продвинуть такие объекты раньше.
Помимо пользы в космических исследованиях, световые паруса позволят сделать множество открытий в физике. С ними станет легче изучать взаимодействие света и материи, а также исследовать принципы релятивистского раздела, где законы механики действуют при сверхскоростях. Ученые уверены, что разработка столь тонких оптических материалов позволит ответить на фундаментальные вопросы о предельном ускорении космических аппаратов. Исследование было опубликовано в научном журнале Nature Communications.
Ранее мы писали о том, что ученые предложили использовать паруса для избавления от космического мусора.
