Новый сверхлегкий космический световой парус домчит до Альфа Центавра за несколько десятилетий

Разработчики из Университета Брауна и Делфтского технического университета в Нидерландах спроектировали сверхтонкий космический световой парус, способный добраться до ближайшей к нам звезды Альфа Центавра всего за несколько десятилетий.

Новая концепция предусматривает создание ультратонкого светоотражающего паруса, который будут толкать лазеры подобно тому, как ветер толкает парусную лодку. Подобные световые паруса могут сократить время космических полетов к ближайшим к нам звездным системам буквально до нескольких десятилетий. Исследователи из Нидерландов предложили новый способ проектирования и изготовления сверхтонких, высокоотражающих мембран для световых парусов.

По словам разработчиков, его габариты в ширину и длину составляют всего 60 мм, а его толщина — не более 200 нанометров. Поверхность покрыта миллиардами наноразмерных отверстий, которые позволяют уменьшить его вес и улучшить отражающую способность.

«Эта работа — результат совместных усилий теоретиков Университета Брауна и экспериментаторов Делфтского технического университета, что позволило спроектировать, изготовить и испытать парус с высокой отражательной способностью, с наибольшим соотношением сторон, зарегистрированным на сегодняшний день. Экспериментальный прорыв команды Ричарда Норте доказывает, что их процесс изготовления масштабируется до размеров, необходимых для межзвездных путешествий, и может быть осуществлен экономически эффективным способом. Одновременно моя команда с большим энтузиазмом видит важную роль нашего последнего метода оптимизации на основе машинного обученияв решении такой интересной и сложной инженерной проблемы», — рассказывает соавтор исследования, доцент Инженерной школы Брауна, Мигель Бесса.

Исследование вдохновлёно инициативой Starshot Breakthrough, основанной предпринимателем Юрием Милнером и физиком Стивеном Хокингом. Его целью является использование наземных лазеров для питания сотен метровых световых парусов, которые двигают крошечные космические аппараты размером с микрочип.

Природа

По словам исследователей, новый дизайн светового паруса легко можно увеличить до размеров около метра и это относительно недорого. В конструкции собственного светового паруса разработчики из Нидерландов использовали однослойный нитрид кремния, который легкий и удивительно прочный.

Ученые работали над тем, чтобы максимально увеличить его отражающую способность и сделать как можно легче. Отражающая способность поверхности определяет, каким будет давление света за парусом, что непосредственно влияет на его ускорение. При этом, чем легче материал, тем меньше силы ему нужно для ускорения, следовательно меньший вес обеспечивает большую скорость.

Спецпроекты

Оптимизируя собственную конструкцию, ученые из Нидерландов проектировали узор наноразмерных отверстий, миллиарды которых были размещены по всей поверхности материала с диаметром меньше длины волны. Разработчики использовали новый метод искусственного интеллекта, разработанный ими для оптимизации формы и расположения отверстий с целью увеличения отражательной способности и уменьшения веса. После оптимизации конструкции команда под руководством Ричарда Норте перешла к изготовлению прототипа в лаборатории.

«Мы разработали новый метод травления, который позволяет нам аккуратно удалить лишний материал и получить легкий парус. Если паруса ломаются, это, скорее всего, во время производства. Когда паруса подвешены, они на самом деле достаточно прочные», — отмечает Норте.

По словам исследователей, изготовление этого дизайна с помощью традиционных методов было бы дорогостоящим и заняло бы около 15 лет. Однако новые методы позволили сократить время на изготовление буквально до одного дня, значительно удешевив его.