Новые проекты сверхбыстрого солнечного паруса, способного за пару десятилетий достичь Проксимы Центавра, предложили американские и российские инженеры из Пенсильванского университета и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, работающие в рамках инициативы Breakthrough Starshot, анонсированной 12 апреля 2016 года астрофизиком Стивеном Хокингом и российским предпринимателем Юрием Мильнером. Эти инновации направлены в основном на поиск способов достижения баланса прочности и малой массы аппаратов, что необходимо для межзвездного путешествия. Две соответствующие статьи опубликованы в журнале Nano Letters.
«Идея легкого паруса витала в воздухе уже некоторое время, но мы только сейчас придумываем, как сделать так, чтобы эти конструкции выдержали подобное путешествие», — поясняет Игорь Баргатин, инженер-механик из Пенсильванского университета.
Подобно тому, как частицы воздуха ударяются о парус, сделанный из ткани, волны излучения обмениваются импульсом с любыми объектами, на которые они наталкиваются. Но в отличие от молекул воздуха фотоны, или световые кванты, не имеют массы покоя, поэтому придаваемое каждым таким фотоном ускорение будет совсем небольшим. Например, свет, отраженный от тела загорающего человека, эквивалентен по своему воздействию весу примерно одной тысячной грамма. Чтобы усилить это давление и заставить объект в космосе ускоряться, необходимо либо изготавливать очень большой парус, либо увеличивать интенсивность светового пучка — например, направляя на парус мощные лазеры.
Однако по мере ускорения аппарата длина волны падающего на него излучения будет медленно смещаться к красному концу спектра, что накладывает дополнительные ограничения на типы материалов, которые не должны поглощать слишком много инфракрасного излучения и перегреваться.
Теперь инженеры предлагают либо изготавливать парус из двух слоев, состоящих из соединений дисульфида молибдена и нитрида кремния, чтобы минимизировать поглощение светового излучения, либо изменить конструкцию паруса, сделав ее более устойчивой за счет прогиба наподобие большого парашюта. Также исследователи попробовали варьировать время разгона, чтобы отыскать правильный баланс механических и термических нагрузок во время всего пути. Специалисты Breakthrough Starshot должны будут сделать аппарат достаточно легким, чтобы он мог развивать скорость около 20% от скорости света и преодолеть 4,2 светового года до Проксимы Центавра всего за пару десятилетий.
Важно отметить, что эта технология не может быть использована для перевозки пассажиров, но даст возможность взглянуть вблизи на иную планетную систему в течение жизни нынешнего поколения землян.