Предложен новый метод изготовления световых парусов для межзвездных полетов
Исследователи из Университета Брауна (США) и Делфтского технического университета (Нидерланды) представили инновационную разработку в области световых парусов — технологии, которая может революционизировать межзвездные полеты. Их работа, опубликованная в Nature Communications, описывает создание ультратонкой и высокоотражающей мембраны, способной ускоряться под воздействием света, подобно тому, как ветер толкает парусник.
Космические аппараты, такие как «Вояджер-1», преодолели огромные расстояния, но даже их скорость недостаточна для достижения ближайших звезд в разумные сроки. Например, путешествие к Альфе Центавра с текущими технологиями заняло бы десятки тысяч лет. Световые паруса рассматриваются как перспективное решение, поскольку они могут использовать давление света (например, от мощных лазеров) для разгона до скоростей, позволяющих достичь звезд за десятилетия.
Ключевые особенности разработки
Команда создала мембрану размером 60×60 мм и толщиной всего 200 нанометров, что в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Материалом выступил нитрид кремния — легкий и прочный соединение, идеально подходящее для таких задач. Главной инновацией стала структура поверхности: миллиарды наноразмерных отверстий, оптимизированных для максимальной отражательной способности и минимального веса.
- Оптимизация конструкции
- Использование искусственного интеллекта позволило точно рассчитать расположение и диаметр отверстий (меньше длины волны света), что повысило эффективность паруса.
- Методы машинного обучения, разработанные научной группой Мигеля Бессы, значительно ускорили процесс проектирования, который вручную потребовал бы до 15 лет.
- Технология изготовления
- Команда Ричарда Норте применила газовое травление для создания подвешенной мембраны, что исключило повреждения при производстве.
- Процесс оказался не только быстрым (около суток), но и экономически выгодным, снизив стоимость изготовления в тысячи раз по сравнению с традиционными методами.
Практические перспективы
Разработка соответствует целям инициативы Breakthrough Starshot, которая предполагает отправку миниатюрных зондов к Альфе Центавра с помощью массива лазеров. Масштабирование паруса до метровых размеров, по словам исследователей, не представляет принципиальных трудностей.
Кроме космических применений, методы, использованные в работе, открывают новые горизонты в наноинженерии. Алгоритмы оптимизации и производственные технологии могут быть адаптированы для других задач, таких как создание сверхлегких материалов или оптических устройств.
Это исследование демонстрирует, как междисциплинарный подход — сочетание теоретических расчетов, машинного обучения и передовых методов микрофабрикации — позволяет решать задачи, ранее считавшиеся недостижимыми.
Световые паруса, возможно, станут первым шагом человечества к звездам, а предложенная технология — важным этапом на этом пути. Как отметили исследователи, это лишь начало применения новых методов оптимизации в инженерии, и их потенциал еще предстоит раскрыть полностью.