Космические путешествия могут быть мучительно медленными: например, зонду New Horizons потребовалось почти 10 лет, чтобы достичь Плутона. Путешествие к Проксиме Центавра в, ближайшей к Земле пригодной для жизни планете, потребовало бы тысяч лет даже на самых больших ракетах. Теперь исследователи вычисляют в ACS' Нанобуквы что маломощные лазеры на Земле могут запускать и маневрировать небольшими зондами, оснащенными парусами из кремния или нитрида бора, разгоняя их до гораздо более высоких скоростей, чем ракетные двигатели.
Вместо того чтобы ловить ветер, как паруса на лодках, "лазерные паруса" улавливали бы лазерные лучи и могли бы, в принципе, разгонять космические корабли почти до скорости света. Ученые уже некоторое время работают над этой концепцией. Например, один финансируемый из частных источников проект под названием Breakthrough Starshot initiative направлен на отправку небольшого зонда весом около грамма к Проксиме Центавра b, полет которого займет всего 20 лет. Он будет разгоняться до 20% скорости света с помощью лазерной решетки мощностью 100 ГВт площадью в километр квадратный. Хо-Тинг Тунг и Артур Давоян задались вопросом, могут ли лазерные решетки гораздо меньшей мощности и меньшего размера найти применение в приложениях, где сейчас используются обычные электрические и химические ракеты. Возможно, когда-нибудь лазеры смогут корректировать орбиту спутников после запуска или приводить в движение крошечные зонды в межпланетных или межзвездных полетах, не требуя большого количества топлива.
Исследователи провели расчеты, чтобы показать, что даже лазеры мощностью около 100 кВт и размерами матрицы около метра могут питать 1-граммовый зонд со скоростями, намного превышающими текущий рекорд, при освещении лазером от нескольких минут до нескольких часов. Согласно их расчетам, лазеры могли бы маневрировать небольшими зондами между различными орбитами Земли всего за сутки, что невозможно с современными электрическими и химическими ракетами. Команда определила, что лучшими материалами для лазерных парусов, которые обеспечивают высокую отражательную способность и быстрое охлаждение, являются нитрид кремния и нитрид бора, структурированные на наноуровне.
Наконец, исследователи подсчитали, что эти крошечные зонды с лазерным приводом могут перемещаться достаточно быстро, чтобы покинуть Солнечную систему, достигая в 5 раз более высоких скоростей, чем зонд New Horizons. По словам исследователей, эти прототипы управляемых парусами космических аппаратов, приводимых в движение маломощными лазерами, могут проложить путь к быстрому освоению космоса и будущим межзвездным полетам.
Авторы признают финансирование со стороны НАСА, Управления научных исследований ВВС, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Общества стипендиатов Хеллмана.
Комментарии