이 고속 우주 돛은 우리를 다음 항성계로 데려갈 수 있습니다.

우리 태양계에서 불과 4광년 떨어진 곳에 또 다른 분주한 우주 이웃인 알파 센타우리(Alpha Centauri)가 있습니다. 에 의해 설치됩니다. 세 개의 별 우리 태양과 같은 기능을 하며 우리의 유명한 8체와 비슷한 행성을 가지고 있으며 지구 쌍둥이를 가질 수 있습니다. 거주 가능 구역에서 지내십시오. 대체 현실과 거의 흡사한 항성계는 우주 탐험가들에게 어리둥절한 영역입니다.

단 하나의 명확한 경우가 있습니다. 우리의 현재 기술로 보내진 우주선은 82022년경까지 알파 센타우리에 도달하지 못할 것입니다. 그렇기 때문에 2016년 고(故) 천체물리학자 스티븐 호킹(Stephen Hawking)과 투자자 유리 밀너 출시 스타샷 해킹 – 웨이퍼 크기의 우주 탐사선을 빛의 20% 속도로 알파 센타우리에 보내는 계획거대한 이동 시간을 단 20년으로 줄였습니다.

그들의 계획은 전통적인 돛과 같은 바람이 아닌 지상 기반 레이저에서 방출되는 빛의 입자라고도 알려진 광자의 힘을 이용하는 광학 돛에 중점을 둡니다. 스타 트렉의 공상과학 기술과 완벽하게 들어맞지만 이 아이디어는 많은 인기를 얻었고 모든 연구원들이 우주를 가로질러 폭발하는 하이퍼 엔진을 생산하기를 희망하면서 외계인 장치를 작동시키는 방법을 연구하기 시작했습니다. 현기증 나는 비율.

University of Pennsylvania의 한 팀이 퍼즐의 큰 조각을 해결합니다. ~에 이번 달 Nano Letters에 발표된 두 편의 논문그리고 연구원들은 이 혁신적인 우주선이 20년 간의 성간 비행 동안 강렬한 레이저 펄스에 의해 찢어지지 않도록 하는 방법을 제안했습니다. 본질적으로 연구원들은 돛이 지구의 바람 속에서 일반 보트의 돛처럼 우주의 진공에서 “흐른다”고 제안합니다.

연구 저자인 펜실베니아 대학 기계 공학 및 응용 역학 부교수인 Igor Bargatin은 “처음부터 가벼운 항해 숫자 중 일부는 출렁거렸고 일부는 그렇지 않았지만 제대로 연구되지 않았습니다.”라고 말했습니다. “우리가 한 것은 당신이 확실히 부풀어 오를 필요가 있다는 것을 보여주는 것이었습니다.

Bargatin은 “우리는 사람들이 문제의 메커니즘, 특히 울 가능성을 실제로 고려하지 않는다는 것을 깨달았습니다.”라고 덧붙였습니다. “우리는 그 아이디어가 실현되었는지 확인하고 싶고, 실현되면 사람들은 가속 중에 일어날 수 있는 일에 주의를 기울입니다.

“우리는 이 돛이 실패하는 것을 원하지 않습니다.”

성간 우주선의 매개변수

돛을 달고 바다로 나가는 배를 상상해 보십시오. 돛은 모든 돌풍과 함께 떠오르고 배를 앞으로 나아가게 할 것입니다. 이 추력은 돛에 부딪치는 바람의 반동으로 인해 발생하며 압력을 생성합니다.

Lightsails도 크게 다르지 않습니다.

Bargatin은 “광자가 우리의 가벼운 돛에 부딪힐 때 반사되어 압력을 가합니다.”라고 말했습니다. “정확한 메커니즘은 우리가 빛과 실제 공기 분자를 이야기하기 때문에 약간 다릅니다. 그러나 어느 쪽이든 압력을 생성합니다.” 사실, 그러한 장치는 이미 어느 정도 효과적인 것으로 입증되었습니다.

2010년 일본항공우주탐사국 이카로스(Ikaros)라는 가벼운 항해 임무를 시작했습니다. 그녀는 그것을 성공이라고 생각했습니다. 2019년, LightSail 데모 2 소송을 가십시오. Bill Nye와 Neil DeGrasse Tyson이 시작한 Kickstarter 캠페인의 자금 지원을 받아 광자의 순수한 힘을 사용하여 작은 위성을 우주로 날렸습니다.

그러나 Ikaros와 LightSail 2는 모두 Breakthrough Starshot의 레이저 비전과 달리 태양에서 방출되는 빛을 사용합니다.

햇빛은 눈물의 위험을 줄여주지만 Starshot 시도에는 너무 약합니다. 또한 Bargattin은 가벼운 항해가 지구에서 너무 멀어지면 과학자들이 효과적으로 가속하는 능력을 상실하기 때문에 Starshot의 광 펄스는 비교적 짧은 시간 내에 발생해야 한다고 말합니다.

간단히 말해서, 광속의 5분의 1에 도달하여 필요한 20년 안에 알파 센타우리에 도달할 수 있도록 하려면, 조명은 레이저로만 가능한 극도로 강한 광 펄스가 필요합니다.

Bargatin은 “우리의 포토닉 못에 대한 설계 압력은 크지 않습니다. “손에 1페니를 쥐고 있는 것과 같습니다.” 과학적으로 말해서 압력은 약 10Pa에 달한다고 Bargatin은 말합니다. 그러나 가벼운 압력에 대해 걱정하지 않고 어떻게 생활하는지 생각해 보십시오. 전적으로.

10 Pa의 광출력은 많은 양의 레이저 에너지를 필요로 하므로 부드러운 햇빛의 이카루스 춤과 달리 극도로 강한 레이저 펄스에 의해 방출되는 가벼운 손톱은 손상될 수 있습니다.

영구적인 가벼운 돛을 만드는 방법

연구원들에 따르면, 강력한 레이저 펄스는 거대한 폭풍에 부딪히면 폭발할 수 있는 팽팽한 보트의 돛처럼 판을 아치형으로 만들고 찢을 만큼 강한 압력을 생성할 수 있다고 합니다.

그들은 조명이 “팽창”하고 캐노피처럼 약간 구부러진 모양을 형성하는 능력이 있어야 한다고 믿습니다. Bargatin은 돛의 길이와 곡률 반경이 약 3미터가 되어야 한다고 설명합니다. 새로운 논문에서 저자는 최적의 팽창을 보장하는 기하학적 측정에 대해 설명합니다.

눈물로부터 보호받는 가벼운 돛조차도 다른 장애물을 만날 것입니다. 이러한 문제를 극복하기 위해 고려해야 할 주요 매개 변수는 항해 재료입니다. 패널은 내구성이 강하고 가벼워야 레이저 출력을 줄이고 최적의 추력을 위해 빛을 효율적으로 반사하고 레이저 펄스에 의해 생성되는 열을 발산합니다.

Bargatin은 마지막 부분을 처리하지 않으면 말 그대로 항해 할 수 있다고 말합니다. 퓨전 공간에서.

Bargatin은 그의 팀이 대부분 몰리브덴이라는 재료를 찾고 있다고 언급하면서 “다양한 재료를 생각해낼 수 있습니다. 재료의 두께와 곡선 형상을 통해 돛이 우리가 현재 설계하고 있는 압력을 극복할 수 있을 것”이라고 말했습니다. 이황화물.

그러나 크게 보면 빛의 광선을 앞으로 보낼 거대한 레이저 어레이를 만드는 것이 큰 장애물이 될 것입니다. 우주 통신 분야에서 일하는 연구원들도 광학 돛에 부착된 마이크로칩 프로브에서 정보를 검색하는 방법을 여전히 연구하고 있다고 Bargatin은 말합니다.

Breakthrough Starshot 메커니즘이 언젠가 작동한다면 그것은 과학에서 인류의 탁월함에 대한 진정한 증거가 될 것입니다. 6년 전 조직의 막강한 목표를 발표하면서, 호킹 기념비:

“우리를 독특하게 만드는 것은 우리의 한계를 뛰어 넘는 것 같아요. 중력이 우리를 땅에 붙들었지만 방금 미국으로 날아갔습니다. 나는 목소리를 잃었지만 내 음성 합성 장치 덕분에 여전히 말할 수 있습니다. 우리가 어떻게 지나갈 수 있습니까? 이 한계?”

우리의 마음과 우리의 기계로.