Космически кораби без гориво с лазерни метаджетове отиват до Алфа Центавър само за 20 години

Изследователи от Тексаския университет A&M са демонстрирали лазерно задвижваща система, която може да издига и управлява малки обекти без физически контакт - стъпка, която един ден би могла да помогне за изпращането на космически кораби до близките звезди.

Екипът използва специално проектирани устройства с микронен мащаб, наречени "метаджетове", които се задвижват, когато бъдат ударени от лазерна светлина. Чрез оформяне на начина, по който устройствата взаимодействат с входящата светлина, изследователите успяват да контролират движението в множество посоки.

Пробивът е важен, защото за настоящата ракетна технология ще ѝ трябват стотици хиляди години, за да достигне Алфа Центавър, най-близката звездна система. Изследователите от Тексаския университет A&M казват, че задвижването, базирано на светлина, би могло евентуално да съкрати това пътуване до приблизително 20 години.

Засега експериментите са проведени на устройства, по-малки от ширината на човешки косъм, но екипът твърди, че основната физика може да се мащабира до много по-големи системи, ако е налична достатъчно оптична мощност.

Последователността показва метаповърхностен "метаджет", движещ се под лазерно осветление, демонстрирайки маневра, задвижвана от светлина. Кредит: Dr. Shoufeng Lan

Светлината се превръща в тяга

Метаджетовете са изградени от метаповърхности, ултратънки материали, оформени с наномащабни структури, които могат прецизно да контролират поведението на светлината.

Вместо да използва гориво, системата разчита на пренос на импулс от фотони. Когато лазерната светлина се отразява от повърхността, тя упражнява малка сила, която може да избута обект напред.

Изследователите сравняват ефекта с топки за пинг-понг, отскачащи от повърхност. Всеки удар предава импулс и достатъчно от такива удари могат да създадат измерима тяга.

С внимателно проектиране на геометрията на повърхността, екипът е успял да накара устройствата да се движат в трите измерения, да се издигат, завъртат и се управляват.

Това ниво на контрол е забележително, защото много по-ранни оптични задвижващи системи са били фокусирани върху движение в ограничени посоки или са зависели от оформянето на самия светлинен лъч.

Пространствено разпределен фазов градиент за възникваща метафотонна сила. Кредит: Kudtarkar K et al; Newton, 2026;

Управление с фотони

Texas A&M посочва, че техният метод поставя контрола директно в материала, а не във външния източник на светлина. Това би могло да опрости бъдещите системи и да улесни мащабирането.

Генерираната тяга зависи главно от мощността на светлината, а не от размера на устройството, което предполага, че подобни принципи могат да се прилагат и за много по-големи платформи.

За да изградят метаджетовете, екипът използва наномащабни техники за производство, които прецизно контролират формата, ориентацията и разположението на малки елементи по всяка повърхност.

Тестването е проведено в течна среда, което помага да се компенсира гравитацията и направи движението по-лесно за наблюдение.

Художествено изображение на IKAROS, първата космическа сонда със слънчево платно в полет, характеризиращо се с типична квадратна конфигурация на платното от почти 200 м². Кредит: Andrzej Mirecki

Изследователите сега търсят финансиране за тестване на концепцията в условия на микрогравитация, където лазерното задвижване може да бъде изследвано без ограниченията на земната гравитация.

Ако бъде успешна, технологията би могла евентуално да поддържа движение без гориво за малки машини, орбитални системи или сонди за дълбокия космос.

Дългосрочни, лазерно задвижвани платна или подобни концепции за космически кораби са предложени като път към междузвездни пътувания. Новата работа добавя още един подход за контролиране на движението, използвайки самата светлина.

Отвъд космическите полети, способността за безконтактно преместване на обекти може да се окаже полезна и в прецизни производства, микроробототика и усъвършенствани сензорни системи.

Справка: Kudtarkar K, Chen Y, Cai Z ...Optical propulsion and levitation of metajets; Newton, 2026; https://www.cell.com/newton/fulltext/S2950-6360(26)00073-3 

Източник: Laser-driven metajets point to new fuel-free propulsion paths for spacecraft, Interesting Engineering

Още по темата

31/07/2019

Космос

Планетарното общество ще обяви нещо важно за космическия слънчев платноход тази вечер (видео)

20/07/2016

Космос

"Резервно копие на човечеството" ще лети към звездите (видео)

09/06/2015

Космос

Сондата Lightsail отвори платна и изпрати първото си селфи (видео)

04/06/2015

Космос

LightSail - слънчевото "ветроходство" в действие (видео)