Уже более семидесяти лет в научной фантастике существует одна идея-фикс: научиться летать при помощи энергии света. И, как бы причудливо ни звучала эта идея, но медленное подталкивание отражающих парусов к скорости света с помощью лишь фотонов может стать нашим единственным шансом достичь других звёзд в течение одной человеческой жизни. Но как это возможно?
Создание солнечного паруса, способного противостоять опасностям, которые угрожают космическим кораблям в столь длительном путешествии, потребует неожиданных решений. Например, таких, которые были предложены в двух недавних исследованиях, опубликованных в журнале Nano Letters.
Идея легкого паруса возникла уже давно, но мы только сейчас выясняем, как сделать так, чтобы эти конструкции выдержали путешествие, — Игорь Баргатин, инженер-механик из Университета Пенсильвании.
Инновации, разработанные инженерами из Пенсильванского университета и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в рамках инициативы Breakthrough Starshot, направлены на поиск путей достижения баланса между прочностью и массой, необходимого для межзвездного корабля.
Как он будет работать?
Подобно частицам воздуха, ударяющимся о парус из ткани, волны излучения обмениваются импульсом с любыми объектами, о которые они ударяются. Молекулы света не имеют массы покоя, поэтому любая сила, которую они прикладывают, будет иметь значение. Например, свет, отражающийся от вашего тела, когда вы загораете, по силе примерно равен одной тысячной грамма.
Есть несколько способов усилить это давление, чтобы заставить объект двигаться. Например, можно сделать больший парус, который поймает больше света. Другой способ — сделать свет, попадающий на объект, более интенсивным: например, направив на него мощные лазеры.
Поиск подходящего материала, который сделает паруса прочными, легкими и способными выдерживать тепло, выделяемое гигаваттами лазерного излучения, был предметом предыдущих исследований. Но ни одно из них не было действительно сосредоточено на компромиссе между низким поглощением и высоким импульсом на определенном расстоянии, необходимом для ускорения корабля.
Что предлагают инженеры?
В своей первой работе учёные подняли вопрос разработки двухслойного паруса, где в качестве материалов используются соединения дисульфида молибдена и нитрида кремния. Такие листы обладают необычными оптическими свойствами: они балансируют минимальное поглощение и излучение света при его растяжении.
Во второй работе рассматривается решение другой проблемы: какую форму нужно придать парусу, чтобы он выдержал нагрузку от повышенного давления фотонов? В качестве временного решения выбрали форму парашюта: такой изгиб улучшит устойчивость и скорость, но, как отмечают авторы исследования, не до идеальных показаний.
Теоретический совершенный корабль Breakthrough Starshot будет достаточно легким, чтобы разогнаться до 20% от скорости света. Этого будет достаточно, чтобы преодолеть расстояние в 4,2 световых года до Проксимы Центавра всего за пару десятилетий.