加州理工学院突破光帆技术：为星际旅行开辟新路径
加州理工学院突破光帆技术：为星际旅行开辟新路径
加州理工学院研究团队在光帆技术领域取得重要突破，成功测量激光对微观薄膜的推力，为实现星际旅行迈出了关键一步。
2016年，著名科学家斯蒂芬・霍金和科技投资人尤里・米尔纳共同发起了“突破摄星”计划，目标是利用激光驱动航天器，将微型探测器送往距离地球最近的恒星系统——半人马座α星。这一计划的核心是利用地球上的高功率激光推动轻薄的光帆，使航天器能够在无需化学推进剂的情况下达到前所未有的速度。
光帆技术基于辐射压力原理。光子虽然本身没有质量，但当它们撞击物体时，仍会传递一部分动量，产生微小的推力。在真空中，数以万亿计的光子撞击一个表面时，这种推力的累积效应将变得十分显著。这种辐射压力在航天领域具有重要意义，例如，太阳光的辐射压力足以使行星际航天器偏离预定轨道数千英里。
加州理工学院工程与应用科学部奥蒂斯・布斯领导主席哈里・阿特沃特表示：“光帆将比以往任何航天器都更快，为直接进行航天器的星际探索提供了可能。”
阿特沃特的团队开发了一个测试平台，用于测量激光对一种微观“蹦床”——氮化硅薄膜的推力。这种薄膜厚度仅为50纳米，而微型光帆是一个边长为0.4微米的正方形薄片，其四个角通过氮化硅弹簧固定，并在激光照射下产生振动。通过检测这些微小的振动，研究人员能够计算出激光束的推力及其功率。
该研究的主要作者、博士后学者利奥尔・米夏利和研究生Ramon Gao构建了一个名为共路干涉仪的专用装置，能够通过消除实验室中设备运行或人员交谈产生的背景噪声，精确测量薄膜的运动。米夏利表示：“我们不仅避免了不必要的加热效应，还利用我们对装置行为的了解，创造了一种新的测量光的推力的方法。”Ramon Gao补充说，该平台能够测量光帆的横向运动和旋转，为未来能够自我修正偏离激光束的光帆设计铺平了道路。
研究团队希望最终将先进的纳米材料和超材料整合到光帆中，以使其在星际旅行中稳定飞行。Ramon Gao表示：“这是朝着观察光学力和扭矩迈出的重要一步，这些力和扭矩将使自由加速的光帆能够沿着激光束飞行。”
目前，多个光帆项目正在推进中。尽管美国宇航局去年部署的太阳帆遇到了一些机械问题，但加州理工学院团队的这一研究对于进一步完善光帆设计具有重要意义。该研究成果已于1月30日发表在《自然・光子学》杂志上。
本文原文来自腾讯科技