В САЩ е създадена тестова база за слънчеви платна, които ще отведат сонди до Алфа Кентавър и отвъд него

Учени от Калифорнийския технологичен институт (Caltech) са създали тестова база (стенд) за изследване на материали за слънчево (светлинно) платно, което потенциално може да отвежда сонди до други звезди и системи. Те са се научили как да правят миниатюрни сонди, но платната са проблем. Към тях се прилагат доста строги изисквания, което налага задълбочени научни изследвания. Стенд за изпитване на материали, създаден в САЩ ще помогне да тръгнем по този път.

Идеята за използване на светлинно платно и мощните лазери, които го изтласкват от Земята или космоса възникна през 2016 година, когато Юрий и Юлия Милнер финансираха проекта The Breakthrough Initiatives с подкрепата на световноизвестния физик Стивън Хокинг. Научната работа по проекта се ръководи от Caltech. Създаването на платформа за изпитване на материали за леки платна в базата на Caltech беше логично продължение на работата в тази област.

За изследователите е важно да прекъснат топлинното въздействие върху образците на лазерния лъч – външното задвижване на платното от създаденото от него топлинно излъчване, както и от външни смущения.

Силата на лекия натиск на лазера като част от стойката е толкова малка (тя ще бъде относително малка дори в космоса), че дори обикновен разговор в близост до инсталацията пречеше на измерванията. В крайна сметка, използвайки аргонов лазер беше възможно да се създаде платформа във вакуумна камера, която да позволи да се регистрира въздействието на фотоните върху материала на пробата.

„Съществуват много предизвикателства при разработването на мембрана, която евентуално би могла да се използва като светлинно платно. Тя трябва да издържа на топлина, да запазва формата си под налягане и да се движи стабилно по оста на лазерния лъч, но преди да започнем да създаваме такова платно, трябва да разберем как материалите реагират на въздействието на лазерна светлина. Искахме да разберем дали можем да определим силата, действаща върху мембрана, просто като измерим нейното движение. Оказа се, че можем.“

казват учените

За оценка на преместването на образците на платната под въздействието на светлинния натиск са използвани два лъча – референтен и лъч за измерване на деформацията. За тази цел учените монтират интерферометър в микроскоп. Защо в микроскоп? Размерът на образците е само 40 × 40 µm, така че не може да се работи с тях без микроскоп.

Образецът се фиксира в рамката с помощта на пружинни обтегачи. Той може да се завърти под желания ъгъл спрямо лазерните лъчи, за да се симулират различни условия на полет и маневриране и да се получи информация за разпределението на силата, която лекият натиск упражнява върху платното. Очевидно е, че по време на полет платното може да променя ъгъла си спрямо натискащия го лъч. Важно е то да се върне обратно в курса, което, между другото, може да се направи автоматично чрез използване на метаматериали върху вътрешната повърхност на платното, които, например ще му придадат обратно въртене, за да се върне обратно в курса само чрез лек натиск.

Натискът, създаден от лазера върху малката мембрана от силициев нитрид я измества с няколко пикометра. Преди това силициевият нитрид беше смятан за обещаващ материал за леко платно. Новата работа показа, че свойствата му могат да се изучават буквално под микроскоп, като се събере пълен набор от данни, необходими за бъдещото осъществяване на мащабен проект.