Новое сотрудничество между Университетом Брауна и Делфтским технологическим университетом приблизило нас к межзвездным путешествиям с использованием лёгких солнечных парусов. Объединив ультратонкие материалы с высокой отражающей способностью и оптимизированный с помощью искусственного интеллекта наноразмерный дизайн, исследователи создали революционный солнечный парус, который дешевле, быстрее в изготовлении и, возможно, может быть использован для миссий, способных долететь до ближайших звёзд всего за десятилетия, а не за тысячелетия.

С момента своего запуска в 1977 году космический аппарат НАСА «Вояджер−1» преодолел более 15 миллиардов миль в глубоком космосе. Это невероятное расстояние, но оно составляет менее 1% пути до Альфы Центавра, ближайшей к нашему Солнцу звезды. Чтобы достичь других звёзд за время человеческой жизни, космические аппараты должны будут двигаться намного быстрее, чем всё, что создано до сих пор.

Одним из многообещающих решений является «солнечный парус» – тонкий отражающий лист, который использует давление света для приведения в движение, подобно тому, как ветер толкает парусную лодку. По сравнению с обычными двигательными установками, световые паруса могут значительно сократить время полёта к ближайшим звездам, сократив его с тысяч лет до нескольких десятилетий.

Исследователи из Университета Брауна и Технологического университета Делфта (TU Delft) в Нидерландах разработали новый метод проектирования и изготовления ультратонких мембран с высокой отражающей способностью. В исследовании, опубликованном в Nature Communications, команда описывает прототип, который имеет размеры 60 миллиметров (около 2,4 дюйма) в поперечнике, но толщину всего 200 нанометров – в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Его поверхность покрыта миллиардами крошечных отверстий на наноуровне, которые уменьшают вес и повышают отражательную способность, что делает его более эффективным при ускорении с помощью света.

Для его создания команда использовала однослойный нитрид кремния, лёгкий и высокопрочный материал, который хорошо подходит для конструкции светового паруса. Затем исследователи работали над максимизацией его отражательной способности при минимизации веса. Отражающая способность поверхности определяет, насколько сильное световое давление создается за парусом, что, в свою очередь, определяет скорость его разгона. В то же время более лёгкий материал требует меньшего усилия для разгона, поэтому меньшая масса означает большую скорость.

Процесс оптимизации включал в себя создание структуры из наноразмерных отверстий – миллиардов отверстий по всей поверхности материала с диаметром, меньшим длины волны света.