14,6 тыс подписчиков
Новая технология фотонных кристаллов может открыть человечеству доступ к относительно быстрым межзвёздным перелётам! Но радоваться рано...
Свет, как и любое иное электромагнитное излучение, оказывает давление при падении на любое тело или импульс при излучении с него. Оно очень слабое, но оно есть. Об этом известно очень давно, а в XX веке было предложено два варианта практического использования явления в космонавтике: фотонный двигатель и солнечный (световой, фотонный) парус. Они в теории могут разогнать космический корабль до околосветовых скоростей, а парус может использовать свет звёзд или мощных лазеров с небесных тел. Оба варианта можно использовать хоть сейчас, но при современном уровне развития технологий они обладают чрезвычайно низкой тягой по сравнению с химическими или электрическими двигателями, из-за чего их практическое применение не имеет смысла при путешествии во внутренних регионах Солнечной системы. Лишь путешествия, например, к другим звёздам могут оправдать их применение. Но можно ли как-то увеличить эффективность?
Группа учёных из Нидерландов и Китая под руководством Цзинь Чангом (Jin Chang) предложила использование фотонных кристаллов в солнечных парусах. Эти необычные структуры уже находят применение и позволяют делать то, что на первый взгляд кажется невозможным. Нет, они не состоят из фотонов, как можно было бы подумать из-за названия, а из вполне привычной материи с определённой структурой. Не будем подробно останавливаться на физике их свойств, просто отметим, что их показатель преломления изменяется с определённой периодичностью. Это свойство позволяет создавать фотонные кристаллы, которые бы отражали излучение намного эффективнее обычных материалов. В частности, синтетические кристаллы на основе нитрида кремния крайне эффективно отражают электромагнитные волны с длиной от 1300 до 1500 нм (инфракрасный диапазон спектра). Элементами из фотонных кристаллов можно было бы покрыть солнечный парус и значительно увеличить его эффективность. В теории он помог бы разогнаться до таких скоростей, что можно было бы долететь до соседней звезды Проксима Центрава, которая удалена от нас на 4,3 световых года, за время, соизмеримое с человеческой жизнью. Основная проблема заключается в том, что световой поток от Солнца падает с квадратом радиуса, из-за чего придётся использовать сверхмощные лазеры, точно нацеленные на парус. Есть и проблемы с торможением: парус может использовать свет Проксимы Центрава, которая, кстати, намного тусклее Солнца, чтоб сбросить скорость, однако не сможет сделать это полностью и попросту пролетит рядом с ней, продолжая двигаться по орбите вокруг центра галактики.
На изображении: примерные свойства небольшого солнечного паруса, созданного с помощью технологии фотонных кристаллов.
Credit: Jin Chang at al.
2 минуты
25 декабря 2023