Создан фотонный парус для лазерного разгона космических аппаратов до 20% скорости света

Возможности современной космонавтики жестко лимитированы потенциалом химических и ионных двигателей, что делает достижение далеких звезд невыполнимой задачей в обозримом будущем. В качестве перспективного решения рассматриваются световые паруса, приводимые в движение энергией мощных лазеров, однако их внедрение долгое время тормозилось отсутствием материалов с необходимыми физическими свойствами.

Группа ученых из Университета Таскиги представила инновационную трехслойную фотонную конструкцию, объединяющую германиевые наноструктуры, воздушные прослойки и полимерную подложку. Такая архитектура формирует узкую запрещенную зону, обеспечивающую исключительную отражательную способность на конкретной длине волны лазера при минимальном нагреве от солнечного излучения.

Визуализация: Grok

Экспериментальные данные показали, что сверхтонкие мембраны (200 нм) с микроперфорацией диаметром 400 нм достигают КПД отражения в 90% при воздействии излучения на 1,2 мкм. Для верификации концепции авторы создали опытные образцы методами электронно-лучевой литографии и вакуумного напыления, подвергнув их испытаниям под нагрузкой лазера мощностью 100 кВт.

Источник: Dimitrov and Harris, 10.1117/1.JNP.19.046008

Тесты подтвердили возможность генерации устойчивого импульса, позволяющего микрозондам набирать скорость в сотни метров в секунду всего за час работы. Несмотря на то, что этого недостаточно для межзвездных бросков, технология уже готова к применению в межпланетных миссиях и может стать фундаментом для глобальных инициатив уровня Breakthrough Starshot.

Исследователи полагают, что их методика открывает новую эру в создании сверхлегких и прочных систем для лазерного ускорения. Следующим шагом станет доработка геометрии структур и проверка их надежности в условиях открытого космоса.

Источник: iXBT