Новый световой парус в будущем сможет разогнать зонды до 20% скорости света

Ученые из Университета Таскиги создали наноразмерный световой парус для полетов к другим звездам. В будущем такие паруса смогут разогнать беспилотные зонды до скорости в 20 процентов от скорости света. Напомним, что скорость света в вакууме - 299 792 458 м/с.

Уникальная технология, основанная на принципе лазерного ускорения, позволит достичь ближайшей к Земле звезды - Проксимы Центавра - всего за два десятилетия, тогда как современным химическим ракетам на это потребовались бы сотни тысяч лет. Исследователи предложили инновационную конструкцию фотонно-кристаллического паруса, которая призвана преодолеть ключевые ограничения, мешавшие реализации этой идеи ранее, сообщает New-Science.ru.

Что такое световой парус? Его еще называют солнечным или фотонным. Если совсем "на пальцах": чтобы лететь в космосе, ему достаточно лишь тонкого давления фотонов, излучаемых Солнцем, или лазера. Принцип работы аналогичен обычному парусу, но вместо ветра используется давление лазерного луча. Мощные наземные лазеры направляют свет на парус, и когда фотоны отражаются от его поверхности, они создают импульс, постепенно разгоняя космический аппарат до огромных скоростей.

В традиционных проектах световых парусов используются полимерные пленки с металлическим покрытием. Однако такие материалы неизбежно поглощают часть энергии лазера, преобразуя ее в тепло. Это снижает эффективность. Добавление же новых слоев серьезно утяжеляет парус, создается замкнутый круг. Ученые из Таскиги обошли препятствие, создав, как сообщается, парус из трехслойного диэлектрического материала с наноразмерной структурой.

Команда провела серию компьютерных симуляций, а также разработала действующий прототип мембраны. Используя электронно-лучевую литографию и вакуумное напыление, удалось изготовить структуру с германиевыми столбиками шириной 200 нанометров и воздушными отверстиями диаметром 400 нанометров в слое полимера толщиной 200 нанометров. Моделирование космического полета показало: парус площадью один квадратный метр под воздействием лазера мощностью 100 кВт способен разогнать зонд до скорости в несколько сотен метров в секунду всего за час. Впрочем, для межзвездных перелетов этого тоже недостаточно. Однако подобные характеристики открывают перспективы для быстрых межпланетных миссий в пределах Солнечной системы.

Как подчеркивают ученые, их работа закладывает основу для создания легких, отражающих и технологичных устройств для лазерной тяги, которые в будущем смогут произвести революцию в исследовании дальнего космоса. Результаты исследования опубликованы в Journal of Nanophotonics.