В судоходстве одним из самых сложным и дорогих было производство паруса корабля. Он должен быть одновременно лёгким и прочным, что в полной мере относится к солнечным парусам для межзвёздных путешествий. Исследователи из Нидерландов и США сумели разработать технологию производства лёгкого и максимально доступного солнечного паруса для межзвёздных путешествий — его стоимость обещает быть в 9000 раз меньше аналогов. Путь к Альфе Центавра открыт?
Источник изображения: Delft University
Более-менее основательно за вопрос межзвёздных полётов на солнечных парусах взялась программа The Breakthrough Initiatives, организатором которой стали супруги Мильнеры, а идейным вдохновителем — Стивен Хокинг (Stephen Hawking). Предполагалось, что под давлением излучения лазера однограммовые зонды будут запущены к Альфе Центавра с однограммовыми же парусами площадью 16 м2. Это должно стать доказательством концепции межзвёздного путешествия длиной в 20 лет на скорости 20 % от световой. И если с 1-граммовыми зондами особых проблем нет, то паруса с требуемыми характеристиками и приемлемой ценой отсутствуют как класс.
Ряд научных коллективов с тех пор занимаются вопросом создания легчайших солнечных парусов. В NASA даже выделили грант на одну из самых перспективных разработок в данном направлении. Свою лепту в эту программу недавно внесла международная группа учёных из Нидерландов и США. На сайте научных препринтов arXiv.org вышла статья об экспериментальном фотонном кристалле, который может быть положен в основу светового паруса для межзвёздных путешествий.
Из нитрида кремния учёные создали кристаллическую структуру (пластинку) толщиной всего 200 нм со сторонами 60 × 60 мм. Идея заключалась в том, чтобы, во-первых, максимально облегчить материал и, во-вторых, обеспечить ему наиболее благоприятные условия для восприятия светового давления. Для снижения веса в пластинке создали миллионы нанометровых отверстий, которые одновременно решали вторую задачу — преломляли падающий на них свет наиболее оптимальным образом. Фактически учёные создали фотонный кристалл в макромасштабе и обосновали, как создавать такие структуры метрового и большего размера.
По словам исследователей, стоимость производства каждого квадратного метра такого материала для светового паруса будет в 9000 раз ниже альтернативных предложений. Интересно отметить, что рисунок (паттерн) отверстий, превращающих материал в фотонный кристалл, был оптимизирован с применением нейронной сети (машинного обучения).
«Для этой миссии требуются материалы для светового паруса, которые бросают вызов основам нанотехнологий, требуя инноваций в оптике, материаловедении и строительной инженерии, — сказано в работе коллектива. — Это исследование подчеркивает потенциал оптимизации нейронной топологии для создания инновационных и экономически жизнеспособных конструкций световых парусов, имеющих решающее значение для освоения космоса с помощью космических программ нового поколения».