Инженеры из Пенсильванского университета (UPenn), Калифорнийского технологического института (Caltech) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) перевели концепцию лазерных межзвёздных перелётов из области теоретической физики в плоскость практических лабораторных испытаний.
Исследовательская группа создала прототип наноламинатного (многослойного) светового паруса, состоящего из дисульфида молибдена и оксида алюминия. Этот материал сочетает высокую отражательную способность с эффективным теплоотводом, решая ключевую проблему баланса между минимальной массой, оптической эффективностью и термической стойкостью. Детальные результаты тестов опубликованы в научном журнале Nature Communications.
Революция в скорости межзвёздных путешествий
Современные химические ракеты крайне неэффективны для подобных задач: для достижения Альфы Центавра им потребуется от 75 000 до 165 000 лет. В рамках инициативы Breakthrough Starshot предлагается иная стратегия: оставить основной источник энергии на Земле, используя массив лазеров мощностью 100 гигаватт. Поток фотонов будет воздействовать на парус микроскопического зонда массой около 1 грамма, разгоняя его до 20% скорости света (порядка 60 000 км/с) всего за 7 минут. Это позволит сократить время полёта к ближайшей звёздной системе до 20 лет.
До настоящего момента создание материала, способного выдержать подобные нагрузки, оставалось нерешенной задачей. Тонкие пленки либо плавились под воздействием гигаваттного лазера, либо разрушались под колоссальным давлением луча.
Структура и прочность материала
Разработанная инженерами трёхслойная архитектура успешно преодолевает эти физические ограничения:
- Основа (дисульфид молибдена, MoS2): обладает высоким показателем преломления и эффективно отражает инфракрасное лазерное излучение.
- Внешние слои (оксид алюминия, Al2O3): защищают хрупкую сердцевину и работают как радиатор, рассеивая излишки тепла в космическое пространство.
Чтобы решить проблему механической деформации, разработчики применили метод гексагонального гофрирования. На поверхность паруса нанесли микроскопический узор в виде пчелиных сот. Такая структура, работающая по принципу гофрокартона, значительно повышает жёсткость на изгиб без увеличения веса, предотвращая распространение микротрещин и позволяя материалу восстанавливать форму после деформаций.
Результаты тестов и дальнейшие шаги
Лабораторные испытания подтвердили, что плотность материала составляет менее 1 грамма на квадратный метр, что примерно в 100 раз легче обычной бумаги. При этом парус отражает более 50% лазерного излучения, поглощая менее 4%, что обеспечивает эффективную передачу кинетической энергии.
Несмотря на то, что создание наземных лазерных массивов диаметром 26 километров является задачей отдалённого будущего, технология напечатанных парусов может найти применение уже сейчас. В планах инженеров — масштабирование производства, улучшение термостойкости через переход от аморфного оксида алюминия к кристаллическому сапфиру и внедрение рулонной нано-литографии. Отработка технологии в будущем может привести к созданию систем космической связи или аппаратов, способных достичь Юпитера всего за 4 дня.
