Разработан инновационный материал для покорения межзвездных пространств

Инженеры разработали экспериментальный образец «лазерного паруса» — сверхтонкой мембраны, способной набирать скорость до 20% от скорости света под воздействием мощного лазерного излучения. Конструкция характеризуется чрезвычайно малой массой – менее грамма на квадратный метр – в сочетании с высоким коэффициентом отражения и минимальным поглощением в оптимальном диапазоне длин волн для ускорения.

Ранее ни одна разработка не соответствовала одновременно требованиям к оптическим свойствам, прочности и весу. В новом проекте эта проблема решена за счет рельефной микроструктуры в виде шестиугольных ячеек, обеспечивающей материалу необходимую жесткость и защиту от повреждений.

Мембрана состоит из сердцевины, выполненной из молибденита, обладающего отличными отражающими свойствами, и тонких внешних слоев оксида алюминия, эффективно рассеивающих тепло. Микроскопический рельеф снижает площадь контакта, увеличивает сопротивление изгибу и предотвращает распространение трещин.

Материал создавался в два этапа: сначала наносился тонкий слой молибдена, который затем преобразовывался в молибденит под воздействием высокой температуры в газовой среде. Для образца толщиной всего 45 нанометров удалось достичь гладкости поверхности порядка нанометра и крайне низких потерь на поглощение.

Тесты показали отражательную способность свыше 50% и поглощение менее 4% в диапазоне длин волн от 1,2 до 1,47 микрометра – в этом диапазоне работает лазер, способный разогнать парус до 20% скорости света. Это беспрецедентно низкий уровень поглощения для прототипа светового паруса.

Удельная масса материала составляет примерно 0,5–0,7 грамма на квадратный метр, что уже близко к целевому значению для межзвездных миссий – 0,1 г/м2. Расчеты показывают, что круглый парус весом около грамма можно разогнать лазером мощностью 100 гигаватт до 20% скорости света всего за семь минут, преодолев при этом расстояние около 15 миллиардов метров.

Авторы исследования полагают, что дальнейшее совершенствование материала позволит увеличить отражательную способность и уменьшить массу, приблизив технологию к созданию парусов, способных совершать полеты к другим звездам.