Концепция солнечного паруса известна уже более столетия, и она неоднократно проходила испытания в условиях космоса. Благодаря электромагнитному давлению свет способен толкать объект, что позволяет использовать мощные лазерные установки, размещенные на орбите Земли, для разгона космических аппаратов. Такой подход теоретически позволяет развивать высокую скорость и отправлять исследовательские зонды к соседним звездам. Главным препятствием долгое время оставалась сложность маневрирования: аппарат мог двигаться лишь по прямой линии от источника излучения.
Ученые из Университета A&M в Техасе (Texas A&M University) нашли способ решить эту проблему. Исследователи разработали наноструктурированные кремниевые массивы, способные перенаправлять фотоны и создавать контролируемые силы тяги в различных направлениях. Это достигается за счет программируемого изменения фазы и вектора света: импульс лазерных фотонов преобразуется в механическое движение аппарата без использования традиционных подвижных узлов.
Разработанное покрытие получило название «метаджет» (Metajets). Эффект «программирования» обеспечивается специфическими наноструктурами, вытравленными в кремнии, которые преломляют свет заданным образом. В ходе лабораторных испытаний образцы метаповерхностей микроскопического размера под воздействием лазерного луча перемещались в строго заданном направлении, отклоняясь от оси луча.
На текущий момент это успешное подтверждение концепции. Несмотря на то, что до создания полноценного двигателя для межзвездных перелетов к Альфе Центавра еще далеко, эксперимент доказал работоспособность физических принципов. Дальнейшие шаги включают масштабирование технологий и подбор подходящих материалов для создания управляемых парусов, способных работать в глубоком космосе.
Использование современных химических двигателей делает путешествия к другим звездам практически невозможными из-за их продолжительности в десятки тысяч лет. Световые паруса, по расчетам ученых, могут разогнать аппарат до 20% от скорости света, что сократит время полета к ближайшим звездам до пары десятков лет. Именно этим направлением долгое время занимается фонд The Breakthrough Initiatives, идейным вдохновителем которого выступал Стивен Хокинг.
Важным шагом стало создание в прошлом году в Калтехе специального стенда для детального тестирования различных конструкций световых парусов. Программируемые метаматериалы могут стать ключом к развитию космических зондов нового поколения. Даже если пилотируемые полеты к другим звездным системам остаются делом далекого будущего, автоматические станции будущего получат беспрецедентную свободу перемещения, превосходящую возможности аппаратов на жидкостном, плазменном или ядерном топливе.
