Исследователи разрабатывают новый метод проектирования и производства, чтобы сделать светильные морщины для межзвездных поездок

На потенциальном шаге к отправке небольших космических кораблей в звезды исследователи разработали ультратонкую и ультра-рефлексивную мембрану, предназначенную для установки колонны лазерного света на невероятных скоростях.

С момента запуска в 1977 году в Глубоком космосе проехало более 15 миллиардов миль в глубоком космосе. Это долгий путь, но это даже не 1% от расстояния от Альфа Центаври, звезда, ближайшей к солнцу. Если люди отправят корабли в звезды, космические поездки должны стать намного быстрее.

Многообещающим способом убрать этот тип скорости является «Lightail» — стройная и отражающая мембрана, которую можно протолкнуть светом так же, как ветер толкает парусную лодку. Lightsail может сократить время полета в звезды около нескольких тысяч лет, используя текущие двигательные системы в течение, возможно, десятилетие или два.

Теперь команда исследователей из Университета Брауна и Технологического университета Делфта (TU Delft) в Нидерландах разработала новый способ проектирования и производства Ultra-11 и ультра-рефлексивных мембран для легких участков.

В исследовании опубликовано В Природная связьИсследователи описывают мембрану легкого размера, которая имеет ширину 60 миллиметров (приблизительно 2,4 дюйма) в длину и 60 миллиметров, но с толщиной всего 200 нанометров — крошечная часть человеческих волос.

Поверхность сложна с миллиардами отверстий в нанометрическом масштабе, что способствует снижению веса материала и повышению его отражательной способности, что дает ему больший потенциал ускорения.

«Эта работа была совместной попыткой теоретиков Университета Брауна и экспериментаторов TU Delft, что позволяет проектировать, производить и проверять очень рефлексивную яркую серию с самым большим отчетом о аспектах, зарегистрированных на сегодняшний день», — сказал Мигель Бесса, доцент профессора Брауна, который запустил исследования с Ричардом Норте, Delft.

«Экспериментальный прорыв команды Ричарда доказывает, что их производственный процесс развивается до аспектов, необходимых для межзвездных поездок, и может быть выполнено с выгодой. Одновременно моя команда с энтузиазмом с энтузиазмом рассматривает важную роль нашего последнего метода оптимизации, руководящимся изучением машины, чтобы решить инженерную проблему как интересную и трудную».

Исследования являются важным шагом к достижению целей, таких как инициативы «Прорывного Звездного Шот», основанной предпринимателем Юрием Милнером и покойным физиком Стивеном Хокингом.

Цель состоит в том, чтобы использовать лазеры на земле, чтобы поставить сотни богатых на счетчиков, несущих космический корабль размером с чип. По словам исследователей, этот новый дизайн Lightail может быть настроен на шкалу метра довольно легко, и по управляемой цене.

Для своего дизайна команда использовала однослойный нитрид кремния, световой и высокой сопротивления, который хорошо подходит для дизайна светового хвоста. Затем исследователи работали, чтобы максимизировать свою отражательную способность, минимизируя его вес.

Отражательная способность поверхности определяет количество легкого давления, созданного за парусом, что, в свою очередь, определяет с какой скоростью он может ускорить. В то же время, более легкий материал требует меньшей прочности для ускорения, поэтому меньшая масса эквивалентна большей скорости.

Процесс оптимизации включал в себя разработку нанометрического шаблона отверстий, включая миллиарды через поверхность материала с диаметрами меньше длины волны света. Команда Бессы, в том числе доктор философии Брауна. Студент Shunyu Yin, использовал новый метод искусственного интеллекта, который они разработали для оптимизации формы и размещения отверстий для повышения отражательной способности и снижения веса.

После того, как у них был оптимизированный дизайн, команда, возглавляемая Norte в Tu Delft, пошла на работу, производя его в лаборатории.

«Мы разработали новую газовую гравировку, которая позволяет нам аккуратно удалить материал под парусами, оставляя только парус», — сказал Норте. «Если паруса сломаются, это, вероятно, во время производства. Как только паруса будут приостановлены, они на самом деле довольно надежны. Эти методы были разработаны только для Tu Delft».

По словам исследователей, производство этой конструкции традиционными методами было бы дорого и занято до 15 лет. Но, используя методы NORTE, производство заняло около дня и на тысячи раз дешевле.

Результатом является мембрана, которая, по мнению исследователей, имеет самый высокий коэффициент внешнего вида — длину в масштабе сантиметра, но с толщиной в нанометрическом масштабе — любого дизайна цены на световую цену на сегодняшний день. Исследователи надеются, что их методы не только помогут людям достичь звезд, но и раздвинуть границы нанометрической инженерии.

«Новые методы автоматического обучения и оптимизации, которые мы использовали здесь, очень общие», — сказала Бесса. «Мы могли бы использовать их, чтобы создать много разных вещей для разных целей. Это на самом деле только начало. Мы могли бы решить инженерные проблемы, которые до сих пор были нерастворимыми».