Този нанофотонен материал може да приближи междузвездния кораб до скоростта на светлината

Соларно платно IKAROS (Анджей Мирецки / Wikimedia Commons)

Ако хората ще изпратят малки сонди през огромните разстояния на космоса, дизайнът на техните платна ще трябва да постигне деликатен баланс на маса, сила и отразяваща способност. Сега инженерите са изобретили наноматериал, който може просто да свърши работа, като ни помогне да избутаме космическите сонди по-близо до скоростта на светлината.

Новият материал, изобретен от инженери от Калифорнийския технологичен институт, е направен от силиций и неговия оксид, силициев диоксид.

Екипът е разработил, че супер тънки структури, направени от тези два материала, могат да преобразуват вълни от инфрачервена светлина в импулс, който да ускори сондата до скорости от около 60 000 километра (37 000 мили) в секунда.

Това са удивителните 20 процента от скоростта на светлината, която може да пренесе малка сонда до нашите най-близки звездни съседи, група звезди, т.нар. До кентавъра , в рамките на десетилетия, а не хилядолетия.

В природата ни е да протягаме ръка и да докосваме. Въпреки че знаем много за далечните звезди от светлината, която излъчват, ние сме принудени да се приближаваме все повече, за да видим по-добре.

Изпращането на хора в близка слънчева система просто няма да се случи скоро. Но науката може да е в обсега на използването на инерцията на фотоните, за да развие малки части от технологията до скоростите, необходими за покриване на големи разстояния за относително кратки периоди от време.

За разлика от плътните въздушни молекули, светлината няма маса в покой. Така че не „духа“ по същия начин, по който го прави вятърът.Но летящите фотони все още са мощничрез упражняване на натиск чрез техния импулс, според уравненията на Максуел за електромагнитното излъчване.

Идеята е да се използва лазер за кохерентно изстрелване на поток от фотони с инфрачервени дължини на вълната към „светлинна мрежа“ или платно, прикрепено към обект, който искаме да транспортираме през космоса.

Дори за малки обекти това би означавало да се излее голямо платно, което от своя страна означава добавяне на повече маса. Така че това платно трябва да е възможно най-леко, което може да го направи податливо на лесно повреждане.

Вече можете да видите, че проблемите започват да се натрупват.

След това възниква въпросът за топлината. Фотоните, въздействащи върху молекулите, изграждащи тази мрежа за събиране на светлина, ще бъдат погълнати, карайки ги да се клатят с допълнителна енергия.

Така че перфектният материал ще трябва да може да се справя с високите температури, като бързо отделя тази топлина като радиация.

Повечето конкуриращи се материали, като алуминий и графен , имат проблеми с начина, по който улавят или излъчват светлина, или са твърде тежки, или твърде слаби.

Обръщайки се към наноматериалите, инженерите имат предимството да променят начина, по който светлината се абсорбира и излъчва, което им позволява да настроят фино деликатния баланс на улавяне на достатъчно светлина, за да се увеличи скоростта без прегряване.

Супер тънък слой, направен от силиций и силициев диоксид – или силициев диоксид – може да бъде точно това, от което се нуждаем.

Силициевият компонент ще има правилния индекс на пречупване, мярка за начина, по който светлината попада и се излъчва отново. Това дава на платното тласъка, от който се нуждае, за да набере скорост.

Но силицият не е много добър в излъчването на топлина като радиация, така че рискува да се разпадне.

Силициевият диоксид не споделя таланта на силиция за пречупване. Но той преобразува топлинната енергия в радиация по-ефективно от силиция сам по себе си, осигурявайки по-добро охлаждане.

Дали тази точна рецепта ще се окаже оптимална изисква експериментиране.

Но екипът също така излезе с нов стандарт, който можем да използваме, за да тестваме ефективността на потенциалните платна като мярка за тяхната отразяваща способност спрямо масата на полезния товар, наречен плътност на зоната с коригирана отразяваща способност или RAAD.

Използвайки тази мярка, можем да сравним отразяващата способност на различни материали и да получим по-добра оценка за потенциалните им скорости.

Времето ще покаже дали сместа от силициев диоксид и силиций ще работи според очакванията. Дори и да има, имапредстоят още много предизвикателствапреди да можем да очакваме пощенски картички извън нашата Слънчева система.

ИКАР , кораб със слънчеви платна, изстрелян от Японската агенция за аерокосмически изследвания през май 2010 г., имаше платна, направени от имиден полимер .

Той успя да развие впечатляваща скорост от около 100 метра в секунда – достатъчно бързо, за да стигне Венера до декември същата година, но далеч не достатъчно бързо за междузвездно пътуване.

Все пак това показва, че сме на път.

С този вид изследвания е възможно тези предизвикателства да продължат да намаляват през следващите години. Тези звезди може би все още са наблизо.

Това изследване е публикувано в Нано букви .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.