Нова технология може да съкрати пътуването до Алфа Кентавър на 20 години

Нова система от ултратънки слънчеви платна, разработена с помощта на изкуствен интелект може да приближи човечеството до междузвездното пътуване. Според изчисленията на учените тази технология е в състояние да достави космически кораб до най-близката звезда до Слънцето за 20 години.

През 1977 година сондата „Вояджър 1“ стана първият обект, създаден от човека, който напусна нашата Слънчева система. Въпреки това, за да достигне до системата Алфа Кентавър ще са ѝ необходими повече от 70 000 години. От друга страна, слънчевото платно би могло значително да ускори този процес. То представлява голяма отразяваща повърхност, която, когато се намира пред космически кораб, може да използва слънчевата светлина или лазерен лъч от Земята, за да го ускорява непрекъснато. Теоретично това може да позволи да се достигне скорост от 10-20 % от скоростта на светлината.

Създаването на материали, които са едновременно леки и отразяващи, е отдавна нерешен проблем. Сега изследователите са използвали невронна топологична оптимизация, за да създадат лист от силициев нитрид с нанометрични размери, който може да превърне тази идея в реалност.

Техниката, използвана от учените, е вдъхновена от проекта Breakthrough Starshot, стартиран от Breakthrough Initiatives през 2016 година. Starshot има за цел да създаде флотилия от 1000 малки космически апарата, използващи слънчеви платна и наземен лазер, които да достигнат Алфа Кентавър в рамките на 20-30 години. Сондите ще бъдат оборудвани с камери и други сензори, които ще предават данни при пристигането си.

За да се постигне необходимата скорост, космическите апарати ще трябва да бъдат изключително леки – самите сонди ще са с размери само няколко сантиметра и тегло няколко грама. Въпреки това, за да събират достатъчно светлина, слънчевите платна трябва да имат площ от около 9 квадратни метра, което налага използването на изключително леки материали.

Един обещаващ подход е създаването на оптични наноструктури, наречени фотонни кристали, които се състоят от повтаряща се мрежа от малки дупчици. Направата на милиони или милиарди такива дупки в даден материал значително намалява теглото му и също така създава необичайни оптични ефекти, които увеличават отражателната способност на материала.

Определянето на оптималната конфигурация на тези дупки е сложен процес. Ето защо екип от изследователи от Университета Делфт в Нидерландия и Университета Браун в САЩ използва изкуствен интелект. Те комбинираха невронна мрежа с традиционна програма за изчислителна физика, за да намерят оптималната форма и разположение на дупките, минимизирайки масата и увеличавайки отражателната способност.

Резултатът е решетка с дупки с форма на бобче, чиято дебелина е по-малка от 200 нанометра. За да се демонстрира приложимостта на конструкцията беше използван метод на литография, при който лазер с невероятно подробен шаблон създава дупки в силициево-нитридна пластина. Използвайки този метод, екипът създаде образец с площ 35 квадратни сантиметра, който тежи само няколко микрограма.

Литографията е техника, която се използва при производството на компютърни чипове, така че изследователите смятат, че техният подход може лесно да бъде мащабиран. Екипът прогнозира, че изграждането на слънчево платно в пълен размер ще отнеме около един ден и 2700 долара. За целта обаче ще трябва да се изгради специално производствено съоръжение, тъй като съществуващите фабрики за чипове работят с пластини с дължина до 38 сантиметра.

Стефани Солдини от Ливърпулския университет заяви, че все още има много инженерни предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени, за да успее мисията Breakthrough Starshot, но евтиният и бърз начин за производство на слънчеви платна ще бъде от ключово значение.

НАСА също активно проучва този подход. Наскоро агенцията обяви, че нейната усъвършенствана система за слънчеви платна, пусната в действие тази година, е близо до първото разгръщане на платна. Ако тези проекти са успешни, човечеството може да види първите подробни изображения на светове извън Слънчевата система в рамките на това поколение.