Полететь к другим звёздам — звучит как сюжет из научной фантастики, но учёные из Калифорнийского технологического института (Калтех) настроены более чем серьёзно. Они разработали стенд для проверки материалов, из которых будут делать солнечные паруса — тончайшие мембраны, способные разогнать миниатюрные космические зонды до невообразимых скоростей, просто используя силу света.
Сами зонды делать уже научились, а вот с парусами всё не так просто. Они должны быть сверхлёгкими, прочными и при этом выдерживать мощное лазерное излучение. Эти требования настолько строгие, что без тщательных лабораторных испытаний не обойтись. Именно для этого и создана новая тестовая платформа в Калтехе.
Идея светового паруса не нова. В 2016 году проект Breakthrough Initiatives, профинансированный Юрием и Юлией Мильнерами при поддержке Стивена Хокинга, вдохнул в неё новую жизнь. Задача амбициозна — отправить мини-зонды к другим звёздам, используя лазеры с Земли или орбиты в качестве двигателя. А Калтех с тех пор стал центром научных работ по этому направлению.
Проверить, как материалы паруса реагируют на лазерное излучение, оказалось не так просто. Давление света настолько слабое, что на результаты влияли даже разговоры рядом с установкой. Представьте: вы что-то обсуждаете с коллегой, а эксперимент уже «пляшет». В итоге учёные изолировали установку в вакуумной камере и использовали аргоновый лазер, чтобы наконец-то увидеть, как фотоны буквально толкают мембрану.
Для точности замеров понадобился интерферометр, собранный в микроскопе — ведь образцы паруса размером всего 40 на 40 микрометров. Образец закрепили в специальной раме на пружинных растяжках, что позволяет вращать его под разными углами к лазерным лучам. Это нужно, чтобы моделировать условия полёта и понять, как изменяется давление в зависимости от угла наклона.
Интересно, что в будущем парус сможет сам «возвращаться на курс» без сложной электроники. Всё дело в метаматериалах, которые можно нанести на его поверхность. Они будут реагировать на свет так, что парус автоматически подстраивается под нужный угол, используя лишь фотонное давление.
В качестве материала для тестов выбрали нитрид кремния. Лазерное давление сместило крошечную мембрану всего на несколько пикометров — это настолько мало, что трудно даже представить. Но именно такие микроскопические сдвиги дают огромный объём данных для понимания, как поведёт себя парус в реальном космосе.
И да, речь не только о путешествии к Альфе Центавра. Даже сегодня небольшой зонд с солнечным парусом мог бы помочь в поисках загадочной девятой планеты на окраине Солнечной системы. Так что, возможно, первая межзвёздная миссия начнётся не так уж далеко от дома.
