Какой самый лучший метод для изучения атмосфер планет, таких как на Марсе, Венере или даже Земле? Одна группа исследователей разрабатывает крошечные, парящие нанокартонные самолеты, которые могут парить в небе других планет. Они будут летать, как пыль, плавающая в лучах солнечного света - но разумно и с определенной целью.
"Это интересно, потому что это принципиально новый механизм полета", - сказал Игорь Баргатин из Университета Пенсильвании. "Мы говорим о конструкции размером в полдюйма, которая может летать без каких-либо движущихся частей".
В течение нескольких лет Баргатин возглавлял команды студентов-инженеров по разработке концепции нанокартона. Это материал, который толщиной всего несколько нитей ДНК и весит менее тысячи долей грамма, но достаточно жесткий, чтобы противостоять флоппу.
Нанокартон изготовлен из пленки оксида алюминия толщиной в десятки нанометров. Чтобы построить его, исследователи создали сэндвич-структуру, похожую на гофрированный картон, образующий полую пластину высотой в десятки микрон.
Поскольку материал является ультралегким, невероятно небольшое количество энергии - всего лишь луч света - может заставить его подняться. Когда одна сторона плиты нагревается, перепад температур выталкивает циркулирующий воздух через полую конструкцию плиты, поднимая его в воздух.
Баргатин сказал, что его вдохновил радиометр Крукса, простой инструмент, который существует уже более столетия. Также известный как мельница, прибор представляет собой стеклянную колбу в условиях частичного вакуума с бумажными лопастями, которые с одной стороны черные, а с другой белые.
Когда радиометр подвергается воздействию солнечного света, черные стороны лопастей поглощают часть энергии и нагреваются.
"Работает это по принципу того, что молекулы воздуха ударяются о черную сторону, поглощают часть тепла, а затем уходят с большей скоростью, чем пришли", - объясняет Баргатин. "Из физики мы знаем, что всякий раз, когда у вас есть изменение импульса или скорости, должна быть отдача, должна быть сила реакции. Отдача давит сильнее на более горячие черные стороны, чем на более холодные белые стороны лопастей, и может заставить радиометр Крукса вращаться довольно быстро, если вы выставите его на прямой солнечный свет".
Но до сих пор никто не знал, как использовать эти силы, чтобы преодолеть гравитацию и заставить лопасти воспарить. Возьмите нанокартон. Тепловые силы, которые слишком малы, чтобы поднять бумагу, могут поднять в воздух части нанокартона.
Баргатин и его команда в 2018 году опубликовали статью о нанокартоне в журнале "Nature", и с тех пор совершенствуют свои методы, а также находят им применение.
"Самая захватывающая вещь - думать о том, как далеко мы можем продвинуть технологию с точки зрения полезной нагрузки, и мечтать о том, что еще мы можем сделать", - говорит Баргатин. Использование света, будь то солнечный свет или лазерный луч, для питания летающего устройства открывает двери для огромного диапазона потенциальных применений.
Первоначально они представляли себе поисково-спасательную операцию, в которой использовались «микрофлайеры», которые могли бы проникать в крошечные дыры в обломках, чтобы помочь найти пойманных в ловушку людей, не подвергая риску первых спасателей. Или крошечный робот с камерой, который может осмотреть реактивный двигатель на предмет износа и других проблем, не разбирая сам двигатель.
Но новое исследование, опубликованное ранее в этом году в журнале Advanced Materials, переносит нанокартон на другие планеты, показывая, что самолетики могут действительно нести полезную нагрузку в десять раз больше своего веса в среде, подобной Марсу, который имеет относительно тонкую атмосферу и более слабую гравитацию. Крошечный самолет, которому не нужны роторы или пропеллеры, мог бы стать миссией для будущего марсохода, подобно тому, как вертолет Mars является частью миссии марсохода Perseverance.
"Вертолет Mars очень увлекателен, но это еще одна сложная машина", - сказал Баргатин. "Если что-то пойдет не так, ваш эксперимент закончится, так как исправить проблемы будет невозможно. Мы предлагаем совершенно другой подход. В дополнение к датчикам, наши флайеры могут просто приземлиться и собрать частицы пыли или песка, а затем транспортировать их обратно к роверу, чтобы ему не нужно было ехать так далеко".
Исследователи продолжают совершенствовать свои методы строительства и продолжают тестировать материал в испытательных камерах низкого давления, чтобы изучить способность нанокартона парить, когда на него падает яркий свет, проверяя, как он реагирует на солнечный свет и сфокусированные лазеры.
"Самая крутая часть этого - делать то, что никто другой не делает”, - говорят исследователи. "Создать что-то такое новое, что действительно могло бы продвинуть нас вперед технологически, это действительно интересно”.
Читайте также: Это реальное изображение Планетообразующего диска в далекой звездной системе
Ставь лайк! Подписывайся! Делись статьей с друзьями!