Ученые из Калифорнийского технологического института (Caltech) добились значительного прогресса в разработке световых парусов, технологии, которая однажды может позволить крошечным космическим аппаратам путешествовать к далеким звездным системам. Прорыв заключается в новом методе измерения силы лазерного света на ультратонких мембранах, что имеет решающее значение для успеха инициативы Breakthrough Starshot.
Запущенная в 2016 году покойным Стивеном Хокингом и инвестором в сфере технологий Юрием Мильнером, Breakthrough Starshot ставит своей целью отправить миниатюрные зонды к Альфе Центавра, ближайшей к Земле звездной системе. План основан на использовании мощных лазеров на Земле для приведения в движение хрупких зондов с парусами по космосу, достигая беспрецедентных скоростей без использования химических ракетных двигателей.
Гарри Атвутер из Caltech, занимающий должность руководителя кафедры инженерных и прикладных наук имени Отиса Бута, объясняет, что световой парус будет двигаться быстрее, чем любой предыдущий космический аппарат, что потенциально откроет межзвездные расстояния для прямых космических исследований. Его команда разработала испытательную платформу для измерения силы лазеров на микроскопической мембране из нитрида кремния толщиной всего 50 нанометров. Этот миниатюрный парус, квадратная пластина со стороной 40 микрон, вибрирует при воздействии лазера, что позволяет исследователям вычислять силу и мощность лазерного луча путем обнаружения этих крошечных движений.
Ведущие авторы исследования, постдокторант Лиор Михаэли и аспирант Рамон Гао, построили специализированную установку, называемую интерферометром с общей траекторией. Эта установка позволяет точно измерять движение мембраны, отфильтровывая фоновый шум, что позволяет проводить точные расчеты силы. Платформа также может измерять боковое движение и вращение, прокладывая путь для будущих конструкций световых парусов, способных к самокоррекции.
Команда стремится интегрировать передовые наноматериалы и метаматериалы для стабилизации световых парусов во время их путешествия. Это исследование представляет собой значительный шаг на пути к наблюдению оптических сил и моментов, предназначенных для того, чтобы позволить свободно ускоряющемуся световому парусу двигаться по лазерному лучу, прокладывая путь к межзвездным исследованиям.