加州理工突破光帆技术：星际旅行新希望
加州理工突破光帆技术：星际旅行新希望
加州理工学院科学家在光帆技术研究领域取得重要突破，为未来星际旅行开辟了新路径。研究团队成功测量了激光对微观薄膜的推力，为“突破摄星”计划的实施奠定了重要基础。
2016年，著名科学家斯蒂芬・霍金与科技投资人尤里・米尔纳共同发起了“突破摄星”计划，目标是利用激光驱动微型探测器，实现对距离地球最近的恒星系统——半人马座α星的探测。这一计划的核心是通过地球上的高功率激光推动轻薄的光帆，使探测器在无需化学推进剂的情况下达到前所未有的速度。
光帆技术基于光子的辐射压力原理。虽然单个光子的质量可以忽略不计，但当数以万亿计的光子在真空中撞击物体时，其累积的动量传递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创新的测试平台，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，能够精确测量薄膜的运动，同时消除实验室中设备运行或人员交谈产生的背景噪声。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。”
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。”
尽管美国宇航局去年部署的太阳帆项目遇到了一些机械问题，但加州理工学院团队的这一研究为光帆技术的进一步发展提供了重要参考。该研究成果已于1月30日发表在《自然・光子学》杂志上。