Инициатива Breakthrough Starshot направлена на преодоление огромных расстояний до системы звёзд Альфа Центавра всего за несколько десятилетий. Используя мощные лазеры для разгона лёгких отражающих парусов, проект стремится достичь релятивистских скоростей, позволяя космическим аппаратам покрывать 4,37 световых года всего за несколько лет. Недавние исследования подчеркивают важность выбора материала для парусов, предлагая структуры ядро-оболочка — сферические частицы, состоящие из двух различных материалов — в качестве многообещающего решения.
Breakthrough Starshot планирует развернуть крошечные космические аппараты, оснащённые датчиками и системами связи, которые будут собирать данные о экзопланетах и межзвёздных явлениях во время своего путешествия. Если это будет успешно, эта миссия может стать первым значительным шагом человечества к исследованию далёких звёздных систем и поиску внеземной жизни.
Путешествие на релятивистских скоростях представляет уникальные вызовы, включая дилатацию времени, которая может позволить миссиям к далёким звёздам происходить в течение человеческой жизни с точки зрения путешественника. Однако достижение этих скоростей требует преодоления значительных энергетических потребностей, поскольку кинетическая энергия увеличивается экспоненциально с увеличением скорости. Более того, окружающая среда на таких скоростях представляет риски, такие как возможные столкновения с частицами и повышенное воздействие радиации.
Чтобы завершить путешествие за несколько десятилетий, космические аппараты должны достичь примерно 20 % скорости света. Выбор подходящих материалов для парусов имеет решающее значение. Недавнее исследование, проведенное учеными из Института технологий Карлсруэ в Германии, сосредоточилось на поиске оптимальных материалов, особенно сфер ядро-оболочка.
Эти структуры основаны на матричном дизайне, корни которого уходят в теорию Мие, которая описывает, как сферические частицы рассеивают электромагнитные волны. Исследователи изучили отражающие свойства и времена ускорения сфер из алюминия, кремния, диоксида кремния и различных комбинаций.
Результаты показали, что оболочка, состоящая из комбинации кремния и диоксида кремния, обеспечивала лучшие результаты. Это исследование предоставляет ценные сведения о структурах материалов для лёгких парусов, предполагая, что сферы ядро-оболочка, ранее не исследованные в физике лёгких парусов, представляют собой многообещающее направление для будущих экспериментальных исследований.