在航天科技的前沿探索中，加州理工學(xué)院的科學(xué)團(tuán)隊(duì)為光帆技術(shù)帶來(lái)了突破性進(jìn)展，為星際探索開啟了全新的可能性。這一創(chuàng)新成果，為“突破攝星”計(jì)劃的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，該計(jì)劃旨在將微型航天器送往遙遠(yuǎn)的恒星系統(tǒng)。
回溯到2016年，由已故科學(xué)巨匠斯蒂芬·霍金與科技界億萬(wàn)富翁尤里·米爾納共同發(fā)起的“突破攝星”計(jì)劃，其宏偉目標(biāo)是向距離地球最近的半人馬座α星系統(tǒng)發(fā)射微型探測(cè)器。該計(jì)劃的核心創(chuàng)意是利用地球上強(qiáng)大的激光束，像風(fēng)推動(dòng)帆船一樣，驅(qū)動(dòng)輕薄的光帆，讓航天器無(wú)需攜帶化學(xué)推進(jìn)劑即可達(dá)到前所未有的高速。
光帆，作為太陽(yáng)帆的升級(jí)版，其工作原理基于輻射壓力——當(dāng)光子撞擊物體表面時(shí)，盡管光子本身沒有質(zhì)量，但它們會(huì)傳遞動(dòng)量，從而產(chǎn)生推力。在真空中，數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的光子持續(xù)撞擊光帆，這種微小的推力累積起來(lái)，將產(chǎn)生顯著的推進(jìn)效果。
輻射壓力在航天領(lǐng)域的重要性不容小覷。例如，太陽(yáng)光的輻射壓力就足以使行星際探測(cè)器偏離預(yù)定軌道數(shù)千英里。因此，科學(xué)家們?cè)谝?guī)劃星際任務(wù)時(shí)，必須充分考慮這一因素。
加州理工學(xué)院的科學(xué)家們?cè)诠夥夹g(shù)的研發(fā)上取得了關(guān)鍵進(jìn)展。他們構(gòu)建了一個(gè)測(cè)試平臺(tái)，用于測(cè)量激光對(duì)氮化硅薄膜的推力。這種薄膜厚度僅為50納米，被設(shè)計(jì)成微型光帆的一部分。在激光的照射下，薄膜會(huì)產(chǎn)生微小的振動(dòng)，科學(xué)家們通過檢測(cè)這些振動(dòng)，能夠精確計(jì)算出激光束的推力及其功率。
領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的哈里·阿特沃特教授表示：“光帆的速度將超越以往任何航天器，為實(shí)現(xiàn)直接的星際探索提供了前所未有的可能性。”他的團(tuán)隊(duì)面臨的挑戰(zhàn)在于開發(fā)能夠承受高溫、保持形狀穩(wěn)定，并能沿著激光束軸線飛行的薄膜材料。
為了克服這些挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種名為共路干涉儀的專用裝置，該裝置能夠精確測(cè)量薄膜的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)消除實(shí)驗(yàn)室中的背景噪聲干擾。主要作者利奧爾·米夏利和研究生Ramon Gao指出，這一創(chuàng)新不僅避免了不必要的加熱效應(yīng)，還創(chuàng)造了一種全新的測(cè)量光的推力的方法。
Ramon Gao補(bǔ)充道，該平臺(tái)能夠測(cè)量光帆的橫向運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，為未來(lái)設(shè)計(jì)能夠自我修正偏離激光束的光帆鋪平了道路。研究團(tuán)隊(duì)正致力于將先進(jìn)的納米材料和超材料整合到光帆中，以確保其在星際旅行中的穩(wěn)定性。
科學(xué)家們還強(qiáng)調(diào)了輻射壓力在航天任務(wù)規(guī)劃中的重要性。例如，太陽(yáng)光的輻射壓力對(duì)行星際探測(cè)器軌道的影響不容忽視。因此，在利用光帆技術(shù)執(zhí)行星際任務(wù)時(shí)，必須精確計(jì)算并考慮這一因素。
隨著多個(gè)光帆項(xiàng)目的不斷推進(jìn)，加州理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)的這一研究成果對(duì)于進(jìn)一步完善光帆設(shè)計(jì)具有重要意義。盡管在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，但科學(xué)家們堅(jiān)信，光帆技術(shù)將引領(lǐng)人類走向更加遙遠(yuǎn)的星際空間。
