Найближча до нашої Сонячної системи зоряна система — Альфа Центавра — розташована на відстані понад чотирьох світлових років. Для людського сприйняття це число звучить абстрактно, але в реальності це десятки трильйонів миль космічної порожнечі. Використання сучасних хімічних ракетних двигунів для такої подорожі майже безнадійне: політ тривав би сотні або навіть тисячі років. Фактично, це вимагало би створення «кораблів поколінь», де люди народжувалися б і помирали протягом століть, так і не побачивши своєї мети.
Проте нова стаття, опублікована в авторитетному науковому журналі Newton, дає надію на кардинальне скорочення цього терміну. Команда дослідників із Texas A&M University продемонструвала інноваційний підхід, який дозволяє переміщувати та керувати об’єктами на великій відстані, використовуючи лише лазерне випромінювання.
Мікроскопічні двигуни майбутнього
Ключем до успіху стали розроблені науковцями пристрої мікронного масштабу, які отримали назву «метаджети». Ці структури за розміром менші за діаметр людської волосини, але мають унікальні фізичні властивості. На їхній поверхні є складні візерунки — так звані метаповерхні.
Метаповерхні працюють подібно до інтелектуальних лінз: вони змінюють фазу, амплітуду та напрямок світла, що на них падає. Коли лазерний промінь влучає в таку поверхню, фотони передають свій імпульс об’єкта. Доцент Texas A&M University Шуфен Лан порівнює цей процес із відскоком м’ячиків для пінг-понгу від ракетки. Кожен «удар» світлової частинки штовхає пристрій уперед. Хоча сила одного фотона мізерна, у безповітряному просторі та за умови постійного потужного випромінювання сукупний ефект дозволяє розвивати колосальні швидкості.
Повна маневреність у трьох вимірах
Головною науковою перемогою команди з Техасу стала реалізація «повної тривимірної маневреності». Раніше оптичні маніпуляції дозволяли лише обмежено штовхати об’єкти в одному напрямку. Натомість нові метаджети здатні на складні маневри.
При освітленні звичайним лазерним променем ці автономні пристрої можуть водночас зміщуватися вбік і підійматися вертикально. Це перша у світі демонстрація дистанційного 3D-керування мікрооб’єктом без будь-якого механічного контакту. Така гнучкість є критично важливою для космічних місій: апарат повинен не просто летіти вперед, а й коригувати курс, уникати зіткнень із космічним пилом та точно виходити на орбіту цільової зорі.
Найбільш захопливим аспектом цієї технології є її масштабованість. Сила, що діє на об’єкт, залежить не від його фізичного розміру, а від потужності лазерного променя та ефективності метаповерхні. Це означає, що концепцію, перевірену на мікроскопічних зразках, можна перенести на величезні космічні конструкції.
Дослідники припускають, що в майбутньому потужні лазерні установки, розташовані на Землі або на навколоземній орбіті, зможуть розганяти великі космічні апарати, обладнані світловими вітрилами. За розрахунками, така система здатна розігнати зонд до релятивістських швидкостей. У такому разі шлях до Альфи Центавра займе близько 20 років — термін, цілком прийнятний для одного покоління науковців.
Раніше ми розповідали про 5 найамбітніших космічних проєктів NASA.
За матеріалами interestingengineering.com
