Czy napęd laserowy skróci podróż do Alfa Centauri do zaledwie 20 lat?

Napęd laserowy rozwijany przez naukowców może w przyszłości umożliwić szybsze podróże w kosmosie. Technologia wykorzystująca światło pozwoliłaby statkom poruszać się bez paliwa.

Laserowy napęd kosmiczny oparty na świetle

Dotarcie do najbliższego układu gwiezdnego, Alfa Centauri, zajęłoby tysiące lat przy użyciu obecnej technologii napędu rakietowego. Dlatego też w ramach nowego badania naukowcy z Texas A&M University skupili się na innym rodzaju napędu, wykorzystującym światło. Wskazali, że lasery mogłyby być wykorzystywane do unoszenia i sterowania obiektami w wielu kierunkach bez kontaktu fizycznego. Może to pewnego dnia umożliwić podróż do Alfa Centauri w ciągu około 20 lat. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Newton”.

„Metastrumienie” i „metapowierzchnie”

Astronomowie opracowali urządzenia w skali mikronowej, nazwane „metastrumieniami” („metajets”), które generowałyby kontrolowany ruch pod wpływem oświetlenia laserem. „Metastrumienie” składają się z „metapowierzchni” – ultracienkich materiałów zaprojektowanych z maleńkimi wzorami, które pozwalają naukowcom kontrolować zachowanie światła, podobnie jak przy kształtowaniu soczewki, ale w znacznie mniejszej i bardziej precyzyjnej skali. Poprzez staranne zaprojektowanie tych struktur badacze kontrolują sposób, w jaki światło przekazuje pęd do obiektu, umożliwiając mu ruch.

„Efekt ten jest podobny do piłeczek pingpongowych odbijających się od powierzchni: kiedy światło się odbija, przekazuje pęd, tworząc małą, ale mierzalną siłę, która może popchnąć obiekt” – mówi Shoufeng Lan z Texas A&M University.

Ruch w trzech wymiarach bez paliwa

„Metastrumienie” wykazały zdolność do manewrów w trzech wymiarach, co wcześniej było nieosiągalne w systemach napędu optycznego. W przeciwieństwie do konwencjonalnych metod, które sterują obiektami poprzez kształtowanie samego światła, to podejście wbudowuje mechanizm kontroli bezpośrednio w materiał. Pozwala to na bardziej elastyczne generowanie siły, co zdaniem badaczy sugeruje, że koncepcja ta mogłaby zostać zastosowana w większej skali. Siła zależy od mocy światła, a nie od rozmiaru urządzenia, co oznacza, że te same zasady mogłyby zostać użyte w systemach większych niż mikroskopijne.

Skalowanie technologii na większe systemy

Choć obecne urządzenia mają zaledwie kilkadziesiąt mikronów wielkości – mniej niż szerokość ludzkiego włosa – leżąca u ich podstaw fizyka sugeruje, że podejście to można rozszerzyć na znacznie większe systemy, jeśli dostępna będzie wystarczająca moc optyczna.

Wytwarzanie „metapowierzchni” wymagało niezwykłej precyzji, przy czym każdy element został starannie zaprojektowany pod kątem kształtu, orientacji i rozmieszczenia. Aby przetestować urządzenia, naukowcy przeprowadzili eksperymenty w płynach, co pomogło zrównoważyć grawitację i lepiej zaobserwować ruch.

Przyszłość podroży kosmicznych?

Te nowe działania pomagają rozwijać obszar badań skupionych na kontrolowaniu obiektów za pomocą światła i zrozumieniu, w jaki sposób może ono oddziaływać z systemami fizycznymi. Zdaniem astronomów w przyszłości światło mogłoby zostać wykorzystywane do przemieszczania i kontrolowania obiektów – od urządzeń mikroskopijnych po statki kosmiczne – bez potrzeby kontaktu fizycznego lub paliwa.

Emil Gołoś