Специалисты из Делфтского технического университета (Нидерланды) и Университета Брауна (США) представили инновационную технологию изготовления световых парусов, потенциально способных достигать скорости, составляющей 20% от скорости света. Благодаря этой разработке, время производства может быть уменьшено с 15 лет до нескольких часов, что позволит создавать крупные конструкции, необходимые для изучения далеких планет и звезд, расположенных неподалеку.
Каким образом световые паруса способны развивать скорости, сопоставимые с релятивистскими?
Начиная с 1957 года, когда был выведен на орбиту первый спутник, ученые стремятся найти действенные методы передвижения в космосе. Из-за того, что традиционные химические двигатели не обеспечивают достаточной скорости для полетов между звездами, исследователи изучают альтернативные технологии:
- Квантовые двигатели (гипотетические системы, основанные на использовании неизвестных физических полях).
- Ядерные импульсные двигатели (благодаря последовательности микроскопических взрывов обеспечивается ускорение корабля).
- Солнечные паруса (использующие давление солнечного света).
- Магнитные паруса (например, концепция Wind Rider, в этой области плазменный магнит улавливает частицы, составляющие солнечный ветер).
Для достижения скорости, составляющей 20% от скорости света (приблизительно 60 000 км/с), потребуется более кардинальный подход. Одним из таких подходов являются лазерные паруса — чрезвычайно легкие конструкции, которые будут разгоняться мощными лазерами, расположенными на Земле.
Прорыв в нанопроизводстве
В 2016 году был представлен проект Breakthrough Starshot, целью которого являлось достижение Альфы Центавра за 20 лет с помощью миниатюрного зонда. Основной сложностью оказалась разработка паруса, сравнимого по размеру с футбольным полем и содержащего миллиарды наноотверстий для отражения лазерного излучения.
Команда под руководством Ричарда Норте из Делфтского университета разработала новый метод, который позволяет:
- Создание наноструктур с толщиной 200 нанометров, что в тысячу раз меньше диаметра человеческого волоса).
- Увеличение объемов производства до размеров, сопоставимых с семью футбольными полями, при сохранении точности на наноуровне.
- Ускорять процесс с 15 лет до одного дня.
«Это не просто сокращение габаритов — это принципиально новая стратегия в нанотехнологиях. Мы разрабатываем структуры, превосходящие все предыдущие по своим размерам, но обладающие масштабами, сопоставимыми с крупными объектами», — объясняет Норте.
Эксперименты и перспективы
В настоящее время команда разрабатывает тесты, в ходе которых лазер будет придавать прототипу паруса ускорение в несколько сантиметров в земных условиях. Несмотря на кажущуюся незначительность, этот скачок производительности в 10 миллиардов раз превышает предыдущие результаты.
Помимо освоения космоса, данную технологию можно использовать и в других областях:
- Полупроводниковой промышленности, в частности, созданию сверхлегких микрочипов).
- Изучение пределов ускорения искусственных объектов относится к области фундаментальной физики).
«Теперь возможно изготовление парусов, сопоставимых по размеру с полупроводниковыми пластинами. Это не только прокладывает дорогу к освоению космоса, но и расширяет возможности для научных исследований», — говорит Норте.
Разработка световых парусов, потенциально способных развивать скорость до 20% от скорости света, больше не кажется невозможной. Благодаря новым достижениям в нанотехнологиях, человечество может приблизиться к возможности межзвездных путешествий в течение ближайших десятилетий.