До ближайшей к Земле звёздной системы — Альфы Центавра — лететь сотни тысяч лет, даже если использовать самые передовые ракеты. И стоить это будет миллиарды долларов. Но первые в мире световые двигатели, так называемые метаджеты (metajets), способны превратить многовековую миссию в реальный двадцатилетний перелёт.
Это первая микромасштабная система светового ускорения. Она даёт аппарату полную трёхмерную манёвренность исключительно за счёт лазеров. Идея лазерной тяги не нова. Ещё в 2016 году международный проект Breakthrough Starshot анонсировал создание межзвёздного зонда на световом парусе.
План был амбициозным: разогнать аппарат миллионами лазеров почти до скорости света, чтобы он достиг Альфы Центавра при жизни нашего поколения. Проект быстро столкнулся с нехваткой денег, несмотря на 100 млн долларов стартовых инвестиций от Цукерберга и других спонсоров. Но сама концепция светового двигателя никуда не исчезла.
Сейчас команда учёных из Техасского университета A&M (Texas A&M University) предложила принципиально новый подход. Их система, умеет бесконтактно поднимать и перемещать объекты в любом направлении. Исследователи уверены: новую технологию проще масштабировать, чем аналоги. А значит, миссия всё-таки может состояться.
Как работают «метаджеты» и при чём тут 3D-манёвренность
Детали технологии описаны в недавней научной статье «Оптическое ускорение и левитация метаджетов».
Если коротко: микроустройства генерируют управляемое движение с помощью лазерных лучей. Сами «метаджеты» состоят из метаповерхностей. Это ультратонкие материалы с выгравированным микроскопическим узором.
Подобно линзе, такая геометрия контролирует свет, который отражается от аппарата. Учёные математически выверили структуру поверхности, чтобы управлять передачей импульса от света к объекту. Это и заставляет аппарат двигаться.
Руководитель проекта, доцент Шоуфэн Лан (Shoufeng Lan) из Лаборатории передовой нанофотоники, сравнивает процесс с игрой в пинг-понг. Свет здесь выступает в роли мячика, который отскакивает от стола и передаёт объекту небольшую, но измеримую кинетическую силу.
Главный прорыв — абсолютная трёхмерная манёвренность. Раньше ни одна система оптического ускорения на такое была неспособна.
Инженеры добились наноразмерной точности. Метаповерхности создавали на базе комплекса AggieFab Техасского университета A&M при поддержке Инженерной экспериментальной станции Техаса (TEES). Чтобы земная гравитация не мешала экспериментам, первые тесты проводили в жидкости.
Что ждёт космические аппараты на световой тяге
Главное отличие техасской разработки от предшественников — в механизме контроля.
Обычно объектом управляют, формируя световой луч извне. Здесь же система встроена прямо в архитектуру самого материала. Авторы подчёркивают: это даёт гибкую генерацию вектора тяги и отличную масштабируемость.
Сейчас прототипы крошечные — всего несколько десятков микрон, тоньше человеческого волоса. Но поскольку тяга зависит от мощности источника света, а не от габаритов устройства, метод сработает и на крупных объектах.
Разумеется, запуск таких кораблей упирается в создание сверхмощных лазеров и колоссальные деньги. Тот же Breakthrough Starshot забуксовал именно из-за пустых счетов.
И всё же технология живёт. В 2019 году миссия LightSail 2 от Планетарного общества (The Planetary Society) доказала на практике: бестопливная световая тяга отлично подходит для перемещения малых космических аппаратов.
Сейчас техасские учёные ищут инвесторов, чтобы испытать «метаджеты» уже в космосе. Если всё получится, аэрокосмическая индустрия получит альтернативу традиционным двигателям.
Впереди годы фундаментальных исследований. Но уже заложен фундамент для невероятной экспедиции длиной в 4,37 светового года — прямо к соседней звезде.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU