Световой (лазерный) парус — один из самых перспективных кандидатов на роль движителя для межзвездных аппаратов. Физики из Харбинского политехнического института обнаружили слабое место лазерных парусов. Свет, толкающий паруса, начинает их тормозить на околосветовых скоростях.
Лазерный парус — это огромный по площади отражатель из тонкой пленки, приводимый в движение давлением света. Принцип работы конструкции прост: фотоны (частицы света) передают парусу свой импульс, как ветер давит на обычный парус корабля. После выключения лазера аппарат продолжает полет по инерции.
Химические ракетные двигатели не подходят для межзвездных перелетов из-за необходимости огромного количества топлива. Световой парус позволяет обойти это: аппарат может вообще не нести на себе запас массы для создания тяги — источник импульса для разгона остается в точке старта.
Световое давление складывается из поглощения, зеркального отражения и диффузного рассеяния фотонов. В третьей составляющей парус поглощает фотон, а затем переизлучает его в случайном направлении — в этом и кроется проблема.
Вспомните, когда вы в последний раз бежали куда-то под дождем: наверняка капли били вам в лицо не сверху, а спереди. С парусом происходит нечто похожее: диффузно рассеянный свет начинает переизлучаться с преобладанием в сторону движения аппарата. Согласно третьему закону Ньютона — на каждое действие есть равное противодействие — это означает, что диффузное рассеяние перестает толкать парус и начинает его тормозить. Суммарная толкающая сила лазерного луча остается положительной, но заметно падает.
Разогнаться выше 75% скорости света не удастся, но этот эффект может стать стабилизатором курса. Понимание законов оптики поможет инженерам будущего создать работоспособный межзвездный движитель.