Учёные из Техаса разработали революционный метод световой тяги для межзвёздных путешествий к Альфе Центавра
Даже с использованием самых передовых ракетных технологий, доступных сегодня, потребовались бы миллиарды долларов и сотни тысяч лет, чтобы достичь ближайшей к нам звёздной системы — Альфы Центавра. Решение этой проблемы может заключаться в использовании световой тяги. Один из международных исследовательских проектов, Breakthrough Starshot, анонсированный в 2016 году, планировал создать зонд на солнечном парусе, способный достичь Альфы Центавра ещё при жизни нынешнего поколения. Управляемый миллионами лазеров, такой зонд мог бы лететь со скоростью, близкой к скорости света, достигая ближайшей звезды за 20 лет.
Хотя эта инициатива столкнулась с проблемами финансирования, несмотря на первоначальные 100 миллионов долларов от Марка Цукерберга и других, идея световой тяги не уходит в прошлое. Теперь команда учёных из Техасского университета A&M продемонстрировала новый подход к световому движению. Их система может поднимать и направлять объекты в нескольких направлениях без физического контакта. Исследователи полагают, что их метод более масштабируем, чем другие, и однажды он может позволить реализовать миссию, аналогичную предложенной Breakthrough Starshot.
Команда представила свою работу в новой статье под названием «Оптическая тяга и левитация метаджетов». В ней они объяснили, как микроскопические устройства, называемые «метаджетами», могут генерировать управляемое движение с помощью лазерных лучей. Метаджеты состоят из метаповерхностей — это сверхтонкие материалы с нанесёнными на них крошечными узорами. Подобно линзе, эти формы позволяют учёным контролировать поведение света, отражающегося от устройств. Тщательно проектируя эти структуры, учёные смогли управлять передачей импульса от света к объекту, что позволило объекту двигаться, демонстрируя новую форму световой тяги.
В пресс-релизе доктор Шоуфэн Лань, доцент и директор Лаборатории передовой нанофотоники, сравнил этот эффект с отскоком шариков для пинг-понга от стола. Лань, возглавлявший команду, пояснил, что свет действует как мяч, передавая объекту небольшую, но измеримую силу. Впечатляет то, что метаджеты демонстрируют полную трёхмерную манёвренность — это возможность, которая никогда ранее не достигалась в системах оптической тяги. Используя наноразмерную точность, команда изготовила метаповерхности в нанофабрикационной лаборатории AggieFab Техасского университета A&M. Они испытали устройства, проводя эксперименты в жидкой среде, которая помогала компенсировать воздействие гравитации.
Метаджеты отличаются от других систем в одном ключевом аспекте: в то время как другие методы управляют объектами, формируя свет, этот подход встраивает управление непосредственно в сам материал. По словам команды из Техасского университета A&M, это обеспечивает более гибкое создание силы и лучшую масштабируемость. Стоит отметить, что устройства команды имеют размер всего десятки микрон, то есть они меньше ширины человеческого волоса. Однако, поскольку сила, создаваемая метаджетами, зависит от мощности света, а не от размера устройства, исследователи полагают, что их метод может быть применён и к более крупным, немикроскопическим системам.
Конечно, всё это в значительной степени будет зависеть от обеспечения достаточной оптической мощности, а также от необходимого финансирования. В случае с Breakthrough Starshot усилия по созданию технологий, необходимых для световой тяги, были приостановлены из-за нехватки финансирования. Однако в 2019 году миссия LightSail 2 Планетарного общества доказала, что безтопливная световая тяга является жизнеспособной формой космических путешествий для небольших космических аппаратов. Команда из Техасского университета A&M сейчас ищет внешнее финансирование для испытания своего метода в космосе. Если всё пойдёт по плану, они смогут предложить масштабируемую альтернативу традиционным методам световой тяги. Впереди долгий путь, но их работа однажды может позволить совершить ещё более долгое путешествие — эпический перелёт длиной в 4,37 световых года к нашей соседней звезде.