Nanofotonické plachty mohou pohánět lodě relativistickou rychlostí  
Že není možné vyrobit plachty pro relativistické nanosondy, které by byly poháněny paprsky pozemních laserů? Několik metrů velké, nesmírně odolné a taky nesmírně tenké a lehké? Které budou odrážet blízce infračervené záření laserů a zároveň vyzařovat infračervené záření středních délek kvůli chlazení? Chyba lávky!
Nanofotonická plachetnice. Kredit: Ilic et al. (2018), Nano Letters.
Nanofotonická plachetnice. Kredit: Ilic et al. (2018), Nano Letters.

Lidé se asi jen tak nevydají do vesmíru rychlostmi, které by se blížily rychlosti světla. O kosmických lodí to ale už tak stoprocentně neplatí, alespoň pokud jde o nanosondy. Projekt Breakthrough Starshot bezostyšně počítá s tím, že s pomocí šikovných nanotechnologií a mocných laserů vyšle nanosondy k nejbližším hvězdám. A možná budou mít i posádky, pokud se podaří přemluvit želvušky s hlísticemi.

 

Ognjen Ilic. Kredit: Caltech.
Ognjen Ilic. Kredit: Caltech.

Jestli se tento ambiciózní projekt nebo nějaký jemu podobný uskuteční, tak v ne až tak daleké budoucnosti vyrazí ke hvězdám nanosondy rychlostí kolem 60 tisíc kilometrů za sekundu, čili asi jednou pětinou rychlosti světla. Pohánět je přitom nebude klasický reaktivní pohon ale tlak záření výkonných pozemních laserů do plachet nanosond. Takto poháněné sondy by mohly doletět k nejbližším hvězdám a planetám za dobu kratší, než je průměrný lidský život.

 

Vývoj laserových nanosond pochopitelně přináší řadu nemalých obtíží. Jedním ze zásadních problémů je konstrukce světelných plachet, které budou tyto nanolodě pohánět ke hvězdám. Mezihvězdný let na ně klade značné nároky, které jsou často dost protichůdné.

 

Kdy už nanolodě napnou plachty a vyrazí ke hvězdám? Kredit: Breakthrough Starshot.
Kdy už nanolodě napnou plachty a vyrazí ke hvězdám? Kredit: Breakthrough Starshot.

Například, plachta nanosondy by měla mít ideálně šířku několik metrů. Zároveň by měla být dostatečně mechanicky odolná, aby vydržela intenzivní tlak záření, ale také by měla mít tloušťku jen zhruba 100 nanometrů a vážit maximálně pár gramů. Plachta nanosondy by rovněž měla odrážet většinu záření laserového paprsku v oblasti blízce infračerveného záření, protože právě odraz záření vytváří potřebný tlak. Současně by měla vyzařovat středně infračervené záření kvůli chlazení.

 

První úspěšná solární plachetnice, japonská sonda IKAROS. Kredit: Andrzej Mirecki / Wikimedia Commons
První úspěšná solární plachetnice, japonská sonda IKAROS. Kredit: Andrzej Mirecki / Wikimedia Commons

Není to ale beznadějné. Ognjen Ilic z Caltechu v kalifornské Pasadeně a jeho spolupracovníci ve své nové studii zjistili, že nanofotonické heterostruktury mají dostatečný potenciál na to, aby se mohly stát reálně použitelným materiálem pro plachty relativistických nanosond.

 

Dosavadní návrhy designu takových plachet byly založeny na ultratenkém hliníku, rozmanitých polymerech i uhlíkových vláknech. Nanofotonické heterostrukury ale oproti nim nabízejí řadu výhod. Mohou totiž manipulovat světlem v menších měřítcích, než jsou vlnové délky záření. Díky tomu mohou požadovaným způsobem záření odrážet i vyzařovat. Příkladem může být materiál z vrstvy křemíku, který dobře odráží a špatně chladí, a vrstvy křemene, který málo odráží, ale zase obstojně chladí vyzařováním.

 

První vesmírnou plachtu, kterou pohánělo sluneční záření, otestovala japonská agentura JAXA v roce 2010. Solární plachetnice IKAROS dolétla za 6 měsíců k orbitě Venuše, přičemž změna její rychlosti za tuto dobu, způsobená tlakem slunečního záření, byla 100 metrů za sekundu. Konstruktéři teď pracují na plachtách, které by poháněly sondu rychlostí několik kilometrů za sekundu, čímž by konkurovaly sondám s reaktivním pohonem. Na druhou stranu, solární pohon je sice zadarmo, není ale příliš výkonný. Zato soustava výkonných laserů by mohla odpálit nanosondy až ke hvězdám.

Video:  What is Breakthrough Starshot?


Literatura
Phys.org 6. 9. 2018, Nano Letters online 31. 7. 2018.

Datum: 07.09.2018
Tisk článku

Související články:

Milner s Hawkingem chtějí doletět k Alfa Centauri za 20 let     Autor: Stanislav Mihulka (13.04.2016)
Pohánějí rychlé rádiové záblesky vesmírné plachetnice cizích civilizací?     Autor: Stanislav Mihulka (12.03.2017)
Už známe první kandidáty pro mezihvězdný let: Háďátka a želvušky     Autor: Stanislav Mihulka (08.11.2017)



Diskuze:



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace