加州理工学院突破性研究：激光推进光帆迈向星际探险新时代
加州理工学院突破性研究：激光推进光帆迈向星际探险新时代
激光推进光帆技术正逐步从科幻概念走向现实。近期，加州理工学院（California Institute of Technology，Caltech）研究团队在光帆设计与机制测试方面取得重大突破，为未来发射超高速、星际航行的微型探测器铺平了道路。
自2016年史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和企业家尤里·米尔纳（Yuri Milner）提出“突破摄星”（Breakthrough Starshot）计划以来，激光驱动的超轻薄材料光帆一直被视为推动人类太空探索的技术突破。霍金和米尔纳设想利用强大激光推力，让微型探测器以接近光速的速度飞向距离地球最近的恒星系——半人马座α星（Alpha Centauri）。如今，加州理工学院的研究团队正通过先进的实验设备和纳米技术逐步实现这一宏伟蓝图。
在Harry Atwater教授的带领下，研究团队对超薄材料在外界辐射压力下的反应进行了精细测量。特定微型“光帆”由50纳米厚的氮化硅薄膜构成，尺寸约为40×40微米，四角以同样材料制成的微型弹簧连接，形似微型蹦床（见下图）。薄膜在Kavli纳米科学研究所通过电子束微影技术制作，并在真空腔中使用可见光波段的氩激光进行实验。
为了精确捕捉极微小的作用力，研究人员构建了一套共轨干涉仪系统。这种创新技术能够有效消除环境噪音，精确测量光帆上下细微位移（达到皮米级），并计算出激光辐射压力对光帆的力学变化。当激光以不同角度照射光帆时，实验发现边缘散射效应导致部分激光能量偏离预定方向，实际推动力较正面照射时有所降低。
实验不仅成功测出了光推力（力量达到飞牛顿级），还首次将设备同时用作功率计，直接测量激光功率。研究团队指出，未来将应用纳米科学和超材料技术，设计具有自调整功能的光帆，使其在受到侧向或旋转力干扰时能自动恢复正确位置，以维持长距离飞行稳定性。
研究成果发表在《Nature Photonics》期刊上，被视为从理论探索迈向实际应用的重要里程碑。加州理工学院团队表示，此次实验有助于解决光帆在实际太空环境中可能面临的热能、压力及定位问题，为日后超高速、星际探测器推进系统的设计提供了关键参考。
如果这项新技术逐步成熟，人类探索深空、仅限于望远镜观测的星际世界将不再只是梦想。从科幻走向现实，激光推进光帆正稳步开启全新的太空探险篇章。