Ближайшая к нашей Солнечной системе звездная система — Альфа Центавра — расположена на расстоянии более четырех световых лет. Для человеческого восприятия это число звучит абстрактно, но в реальности это десятки триллионов миль космической пустоты. Использование современных химических ракетных двигателей для такого путешествия выглядит почти безнадежным: полет длился бы сотни или даже тысячи лет. Фактически, это потребовало бы создания «кораблей поколений», где люди рождались бы и умирали на протяжении веков, так и не увидев своей цели.
Однако новая статья, опубликованная в авторитетном научном журнале Newton, дает надежду на кардинальное сокращение этого срока. Команда исследователей из Texas A&M University продемонстрировала инновационный подход, позволяющий перемещать и управлять объектами на большом расстоянии, используя лишь лазерное излучение.
Микроскопические двигатели будущего
Ключом к успеху стали разработанные учеными устройства микронного масштаба, получившие название «метаджеты». Эти структуры по размеру меньше диаметра человеческого волоса, но обладают уникальными физическими свойствами. На их поверхности есть сложные узоры — так называемые метаповерхности.
Метаповерхности работают подобно интеллектуальным линзам: они изменяют фазу, амплитуду и направление падающего на них света. Когда лазерный луч попадает на такую поверхность, фотоны передают свой импульс объекту. Доцент Texas A&M University Шуфэн Лан сравнивает этот процесс с отскоком мячиков для пинг-понга от ракетки. Каждый «удар» световой частицы толкает устройство вперед. Хотя сила одного фотона ничтожна, в вакууме и при условии постоянного мощного излучения совокупный эффект позволяет развивать колоссальные скорости.
Полная маневренность в трех измерениях
Главным научным достижением команды из Техаса стала реализация «полной трехмерной маневренности». Ранее оптические манипуляции позволяли лишь ограниченно толкать объекты в одном направлении. Зато новые метаджеты способны на сложные маневры.
При освещении обычным лазерным лучом эти автономные устройства могут одновременно смещаться вбок и подниматься вертикально. Это первая в мире демонстрация дистанционного 3D-управления микрообъектом без какого-либо механического контакта. Такая гибкость критически важна для космических миссий: аппарат должен не просто лететь вперед, но и корректировать курс, избегать столкновений с космической пылью и точно выходить на орбиту целевой звезды.
Наиболее захватывающим аспектом этой технологии является ее масштабируемость. Сила, действующая на объект, зависит не от его физического размера, а от мощности лазерного луча и эффективности метаповерхности. Это означает, что концепцию, проверенную на микроскопических образцах, можно перенести на огромные космические конструкции.
Исследователи предполагают, что в будущем мощные лазерные установки, расположенные на Земле или на околоземной орбите, смогут разгонять большие космические аппараты, оснащенные световыми парусами. По расчетам, такая система способна разогнать зонд до релятивистских скоростей. В таком случае путь к Альфе Центавра займет около 20 лет — срок, вполне приемлемый для одного поколения ученых.
Ранее мы рассказывали о ТОП-5 самых амбициозных космических проектов NASA.
По материалам interestingengineering.com
