Межзвёздные солнечные паруса столкнулись с проблемой на 75% скорости
Для достижения другой звезды за разумное время необходимы технологии, которые значительно превосходят возможности химических ракет. Одним из многообещающих решений является солнечный парус — большая отражающая конструкция, разгоняемая светом. Мощные лазеры могут теоретически обеспечить такому аппарату скорость, которую современные двигатели не способны достичь. Об этом сообщает сайт Science XXI.
Ученые из Харбинского технологического института, Чао Шэнь и Цзяцзэ Ли, в своей работе, опубликованной на arXiv, выявили потенциальную проблему при разгоне светового паруса до околосветовых скоростей. Свет, предназначенный для толкания аппарата вперед, в определенных условиях может создавать тормозящее воздействие. Исследователи изучили силы, возникающие при взаимодействии фотонов с поверхностью паруса.
Импульс падающего света вносит основной вклад в ускорение. Также на парус влияют зеркальное отражение фотонов и рассеянное излучение, когда свет поглощается и затем излучается в различных направлениях. На низких скоростях все эти процессы способствуют движению аппарата.
При удалении от лазерного источника усиливается эффект Доплера: частота света, достигающего паруса, уменьшается. Это приводит к снижению тяги, создаваемой всеми видами взаимодействия фотонов с поверхностью. Чем выше скорость аппарата, тем сложнее лазеру поддерживать его разгон.
После достижения примерно 75% скорости света релятивистская аберрация начинает играть значительную роль. Рассеянный свет для наблюдателя на Земле направляется вперед, в сторону движения паруса. Это создает силу, действующую в противоположном направлении, что превращает рассеянное излучение в тормозящий фактор.
Хотя лазер продолжает разгонять аппарат, эффективность такой системы заметно снижается. Авторы исследования не учитывали столкновения с межзвездным газом и пылью, а также нагрев материала паруса мощным лазером. Для реальных аппаратов могут потребоваться специальные метаматериалы и фотонные кристаллы, способные выдерживать излучение и поддерживать устойчивое положение паруса в лазерном луче.
