Японские ученые создали наноразмерный световой парус для будущих межзвездных миссий

Группа исследователей из Университета Таскиги представила инновационный проект светового паруса, способного ускорять беспилотные зонды до 20% скорости света. Эта технология, основанная на лазерном разгонном принципе, потенциально позволит достичь ближайшей к Земле звезды, Проксимы Центавра, всего за два десятилетия — время, которое современным химическим ракетам потребовалось бы исчислять сотнями тысяч лет.


Ученые разработали уникальную конструкцию фотонно-кристаллического паруса, устраняющую ключевые ограничения предыдущих проектов. Традиционные модели использовали полимерные пленки с металлическим покрытием, которые поглощали часть лазерной энергии, превращая её в тепло, что снижало эффективность. Усиление отражающей способности за счет добавления слоев увеличивало массу, создавая технологический замкнутый круг.

Новое решение команды Таскиги основано на трехслойной диэлектрической структуре с наноразмерными элементами. Парус состоит из германиевых столбиков, воздушных отверстий и полимерной матрицы. Различие в показателях преломления создает фотонную запрещённую зону, которая функционирует как высокоэффективное зеркало: лазерное излучение на длине волны 1,2 микрометра отражается почти полностью (около 90%), в то время как остальной спектр солнечного света проходит сквозь парус, предотвращая перегрев конструкции. Такая конструкция сочетает легкость и эффективность.

Для подтверждения концепции исследователи провели компьютерное моделирование и изготовили прототип с помощью электронно-лучевой литографии и вакуумного напыления. Германиевые столбики имеют ширину 200 нанометров, воздушные отверстия — 400 нанометров, а слой полимера — 200 нанометров. Эксперименты подтвердили точность изготовления и работоспособность конструкции.

Симуляции показали, что парус площадью один квадратный метр под действием лазера мощностью 100 кВт способен ускорить зонд до нескольких сотен метров в секунду всего за час. Хотя это еще не межзвездная скорость, такие показатели открывают новые возможности для быстрых межпланетных миссий внутри Солнечной системы.

Авторы подчеркивают, что их работа знаменует переход от теории к практике, создавая основу для легких, высокоотражающих устройств лазерной тяги, которые в будущем могут совершить революцию в исследованиях дальнего космоса.

Читайте также: