Μια πρόσφατη ανακάλυψη στη νανοτεχνολογία θα μπορούσε να επιταχύνει δραστικά το χρονοδιάγραμμα των μελλοντικών διαστημικών αποστολών . Επιστήμονες από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Ντελφτ και το Πανεπιστήμιο Μπράουν αποκάλυψαν ένα εξαιρετικά ελαφρύ ιστίο φωτονίων με λέιζερ που θα μπορούσε να επιτρέψει στους ανιχνευτές να ταξιδέψουν σε όλο το ηλιακό σύστημα – και ενδεχομένως σε άλλα αστέρια – με πρωτοφανείς ταχύτητες.

Μια νέα εποχή για τα διαστημόπλοια με λέιζερ
Η ιδέα της χρήσης φωτός για την προώθηση του διαστημικού σκάφους δεν είναι νέα. Πρωτοβουλίες όπως το Breakthrough Starshot έχουν από καιρό οραματιστεί μικρούς, εξαιρετικά γρήγορους ανιχνευτές που οδηγούνται από λέιζερ για να φτάσουν στα πλησιέστερα αστρικά συστήματα μέσα σε δεκαετίες.

Αλλά η πραγματική εφαρμογή παρεμποδίστηκε από την τεράστια τεχνολογική πολυπλοκότητα που συνεπάγεται, ιδιαίτερα η κατασκευή πανιών αρκετά λεπτών και ελαφριών ώστε να ανταποκρίνονται στην πίεση της ακτινοβολίας ενώ είναι δομικά σταθερά. Εκεί μπαίνει η δουλειά του Λούκας Νόρντερ και των συναδέλφων του.

Η ομάδα ανέπτυξε πανιά με διαστάσεις 60 επί 60 χιλιοστά και πάχος μόνο 200 νανόμετρα – περίπου 400 φορές λεπτότερο από ένα φύλλο χαρτιού. Αυτά τα πανιά είναι κατασκευασμένα από πενταγωνικά δομημένους φωτονικούς κρυστάλλους , οι οποίοι λειτουργούν σαν νευρωνικά δίκτυα για το φως, βελτιστοποιώντας τον τρόπο με τον οποίο τα φωτόνια αλληλεπιδρούν με την επιφάνεια του πανιού.

Τα πανιά είναι γεμάτα με δισεκατομμύρια τρύπες σε νανοκλίμακα, μειώνοντας τη μάζα διατηρώντας παράλληλα την ανακλαστικότητα και τον έλεγχο. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτές οι φωτονικές δομές δίνουν στα πανιά τα βασικά χαρακτηριστικά απόδοσης, ιδιαίτερα την ικανότητα να μετατρέπουν το φως λέιζερ σε χρησιμοποιήσιμη πρόωση με υψηλή απόδοση.

Μία από τις πιο σημαντικές πτυχές του έργου είναι η απόλυτη ταχύτητα με την οποία μπορούν πλέον να παραχθούν αυτά τα πανιά. Παλαιότερα σχέδια, όπως αυτά που προτάθηκαν για το Breakthrough Starshot , αντιμετώπισαν τεράστια υλικοτεχνικά εμπόδια.

Η συνεργασία Delft και Brown έχει συμπιέσει αυτό το χρονοδιάγραμμα σε μόλις 24 ώρες . Αυτό το άλμα στην ταχύτητα κατασκευής δεν φέρνει απλώς την ιδέα πιο κοντά στην πραγματικότητα – επιτρέπει επίσης γρήγορη επανάληψη και δοκιμή νέων σχεδίων.

Ο Δρ Richard Norte , αναπληρωτής καθηγητής στο Delft, υπογραμμίζει τη σημασία της σημαντικής ανακάλυψης περιγράφοντας το σχέδιο ως «ένα εντελώς νέο τρόπο σκέψης για τη νανοτεχνολογία». Τα πανιά δεν είναι μόνο απίστευτα λεπτά αλλά και κλιμακούμενα.

Θεωρητικά, μια έκδοση πλήρους κλίμακας θα μπορούσε να εκτείνεται σε μήκος επτά γηπέδων ποδοσφαίρου διατηρώντας ταυτόχρονα ένα πάχος μόλις ενός χιλιοστού. Η Norte τονίζει ότι είναι ο μοναδικός συνδυασμός του υλικού μεγάλης επιφάνειας και δομής νανοκλίμακας που του προσδίδει τέτοιες ασυνήθιστες οπτικές και μηχανικές ιδιότητες.

Πρώτα βήματα για ταχύτερες αποστολές στον Άρη
Τα πανιά βρίσκονται ακόμα στα πρώτα στάδια της δοκιμής, με την πρόωση να αποδεικνύεται μόνο σε αποστάσεις κλίμακας πικομέτρου —πολύ μικρή για διαστημικά ταξίδια. Ωστόσο, το επόμενο ορόσημο της ομάδας του Ντελφτ περιλαμβάνει την επίτευξη κίνησης σε αποστάσεις εκατοστών εδώ στη Γη. Αν και αυτό μπορεί να φαίνεται ελάχιστο, θα σήμαινε μια βελτίωση 10 δισεκατομμυρίων φορές σε σχέση με τις αποστάσεις που επιτυγχάνονταν προηγουμένως με την πρόωση λέιζερ.

Εάν αυτή η τεχνολογία κλιμακωθεί όπως αναμενόταν, οι επιπτώσεις της θα μπορούσαν να είναι δραματικές. Ένα ταξίδι στον Άρη , το οποίο συνήθως διαρκεί έξι έως εννέα μήνες, θα μπορούσε να συντομευτεί σε λίγες μόνο ημέρες για ελαφρούς ανιχνευτές.

Αυτά τα πανιά, προωθούμενα από λέιζερ με βάση τη Γη ή τροχιακά, θα άνοιγαν την πόρτα όχι μόνο στην ταχεία εξερεύνηση του ηλιακού μας συστήματος αλλά και στην πειραματική φυσική σχετικά με τη φύση της αλληλεπίδρασης φωτός-ύλης και των σχετικιστικών φαινομένων σε μακροσκοπική κλίμακα.

Τα πανιά που αναπτύχθηκαν από την ομάδα είναι κάτι περισσότερο από συσκευές πρόωσης —αντιπροσωπεύουν μια νέα κατηγορία πειραματικής πλατφόρμας για την κατανόηση του πώς το φως και η ύλη συμπεριφέρονται μαζί. Η έρευνα, η οποία υποστηρίζεται από χρηματοδότηση από την Ευρωπαϊκή Ένωση , τοποθετεί το Delft στην πρώτη γραμμή τόσο της επιστήμης των υλικών όσο και της διαστημικής πρόωσης.

Επιτρέποντας τον ακριβή έλεγχο των φωτονίων και των δυνάμεων σε νανοκλίμακα, αυτές οι δομές

Δείτε ΦΩΤΟ ΕΔΩ

photo: pixabay