Исследователи из Делфтского технического университета (TU Delft) и Университета Брауна совершили значительный прорыв в области космических технологий, разработав масштабируемые световые паруса на основе нанотехнологий. Результаты их работы, опубликованные в престижном научном журнале Nature Communications, представляют собой самые тонкие крупномасштабные отражатели, когда-либо созданные человечеством.
Световые паруса — это сверхтонкие отражающие конструкции, использующие давление излучения от лазеров для движения космических аппаратов. Их толщина составляет всего несколько наномасштабов (примерно 1/1000 толщины человеческого волоса), при этом они могут быть развернуты в листы значительных размеров. Именно сочетание минимальной толщины и большой площади делает эту технологию революционной для космических исследований.
Ключевым достижением стало значительное сокращение времени производства. Как отмечает Лукас Нордер, аспирант и первый автор исследования, традиционные методы изготовления для инициативы Breakthrough Starshot потребовали бы около 15 лет. Новая технология позволяет создать прототип всего за один день, что представляет собой колоссальный прогресс в производственном процессе.
Текущий прототип имеет размеры 60 мм × 60 мм при толщине всего 200 нанометров и содержит миллиарды наноразмерных отверстий. При масштабировании такой парус мог бы растянуться на площадь, эквивалентную семи футбольным полям, сохраняя толщину всего в несколько миллиметров.
Доктор Ричард Норте, доцент TU Delft, и доктор Мигель Бесса из Университета Брауна объединили нейронную топологическую оптимизацию с передовыми методами изготовления. Команда разработала новый метод газового травления для удаления материала под парусами, что позволило достичь как крупномасштабности, так и наноточности в одном материале.
Потенциальные применения этой технологии впечатляют. В области космических исследований световые паруса могли бы сократить время полета до Марса до сроков, сопоставимых с доставкой международной почты. В настоящее время технология способна обеспечить движение на расстояния в пикометрах, но исследовательская группа готовится к экспериментам в сантиметровом масштабе, что в 10 миллиардов раз превышает текущие возможности лазерного движения.
Помимо космических исследований, эта технология открывает новые горизонты в экспериментальной физике, особенно в изучении взаимодействия света и материи, а также релятивистской физики на макроскопических масштабах.
Работа исследователей вносит значительный вклад в инициативу Breakthrough Starshot, запущенную в 2016 году Юрием Мильнером и Стивеном Хокингом. Эта инициатива направлена на сокращение времени межзвездных путешествий с 10 000 лет до всего 20 лет путем разработки сверхлегких, приводимых в движение лазером космических аппаратов размером с микрочип.
В сравнении с другими исследованиями, например, работой Калифорнийского технологического института, продемонстрировавшего наноконтроль на микрометровых масштабах, команда TU Delft и Университета Брауна достигла создания сантиметровых структур с наноточностью, что представляет собой значительный шаг вперед в этой области.
Изображение носит иллюстративный характер
Световые паруса — это сверхтонкие отражающие конструкции, использующие давление излучения от лазеров для движения космических аппаратов. Их толщина составляет всего несколько наномасштабов (примерно 1/1000 толщины человеческого волоса), при этом они могут быть развернуты в листы значительных размеров. Именно сочетание минимальной толщины и большой площади делает эту технологию революционной для космических исследований.
Ключевым достижением стало значительное сокращение времени производства. Как отмечает Лукас Нордер, аспирант и первый автор исследования, традиционные методы изготовления для инициативы Breakthrough Starshot потребовали бы около 15 лет. Новая технология позволяет создать прототип всего за один день, что представляет собой колоссальный прогресс в производственном процессе.
Текущий прототип имеет размеры 60 мм × 60 мм при толщине всего 200 нанометров и содержит миллиарды наноразмерных отверстий. При масштабировании такой парус мог бы растянуться на площадь, эквивалентную семи футбольным полям, сохраняя толщину всего в несколько миллиметров.
Доктор Ричард Норте, доцент TU Delft, и доктор Мигель Бесса из Университета Брауна объединили нейронную топологическую оптимизацию с передовыми методами изготовления. Команда разработала новый метод газового травления для удаления материала под парусами, что позволило достичь как крупномасштабности, так и наноточности в одном материале.
Потенциальные применения этой технологии впечатляют. В области космических исследований световые паруса могли бы сократить время полета до Марса до сроков, сопоставимых с доставкой международной почты. В настоящее время технология способна обеспечить движение на расстояния в пикометрах, но исследовательская группа готовится к экспериментам в сантиметровом масштабе, что в 10 миллиардов раз превышает текущие возможности лазерного движения.
Помимо космических исследований, эта технология открывает новые горизонты в экспериментальной физике, особенно в изучении взаимодействия света и материи, а также релятивистской физики на макроскопических масштабах.
Работа исследователей вносит значительный вклад в инициативу Breakthrough Starshot, запущенную в 2016 году Юрием Мильнером и Стивеном Хокингом. Эта инициатива направлена на сокращение времени межзвездных путешествий с 10 000 лет до всего 20 лет путем разработки сверхлегких, приводимых в движение лазером космических аппаратов размером с микрочип.
В сравнении с другими исследованиями, например, работой Калифорнийского технологического института, продемонстрировавшего наноконтроль на микрометровых масштабах, команда TU Delft и Университета Брауна достигла создания сантиметровых структур с наноточностью, что представляет собой значительный шаг вперед в этой области.
