科学家开辟出新型激光帆 偏离激光束时可主动改正偏向

更新时间:2020-01-13 21:20:01作者:前瞻网

太空,NASA,美元,科学家开辟出新型激光帆 偏离激光束时可主动改正偏向

图片:行星协会

一项新的研究发明,宇宙飞船可以操纵一种激光帆飞向迢遥的恒星,这种激光帆外貌雷同于CD和DVD,可以帮忙宇宙飞船保持在激光束的中间。

今朝,由化学反映驱动的传统火箭仍旧是太空推进要领的主流情势。然而,它们的效率还远不足以使航天器在人类有生之年达到另一颗恒星。例如说,虽然半人马座阿尔法星是离地球最近的恒星体系,但它间隔地球仍旧有4.37光年,这相称于41.2万亿多公里,是地日间隔的27.6万多倍。这相称于什么观点呢?美国国度航空航天局(NASA)的旅行者1号(Voyager 1)探测器于1977年发射,2012年才抵达星际空间,假如探测器的偏向正确的话(更况且此刻并不正确),它需要约莫7.5万年的时间才能抵达半人马座阿尔法星。

今朝宇宙飞船使用的全部推进器都有一个配合的问题,那就是它们携带的推进剂都有质量。远程太空旅行需要大量的推进剂,使得航天器变得很重,而这反过来又需要更多的推进剂,使它们变得更重。宇宙飞船越大,这个问题就越严重。

此前的研究表白,“光帆”技能可能是个中一种可以在人类有生之年将探测器送到另一颗恒星的技能可行要领。虽然光不会发生太大的推力,但科学家们一直认为,光发生的一点点推力可能也会发生重大影响。事实上,大量的尝试也表白,只要有足够大的镜子和足够轻的飞船,“太阳帆”就可以依赖阳光来推进。

耗资1亿美元的“冲破摄星打算”(Breakthrough Starshot)曾经于2016年宣布,打算向半人马座阿尔法星(Alpha Centauri)发射大量微芯片巨细的宇宙飞船,每艘飞船都配有很是薄、反射性极强的帆,并且这些飞船将会由有史以来最强盛的激光推进。根据该打算,这些小飞船将会以20%光速的速率航行,约莫在20年之后就可以达到半人马座阿尔法星。

但使用激光帆有一个问题,假如激光帆偏离了推进激光束的偏向,它们就可能会严重偏离方针(在“冲破摄星”打算中,至少在最初阶段,激光束将会以地球为基地)。而此刻,科学家们已经设计并测试了一种新的帆,这种帆在道理上可以主动地在所需的几分钟内保持在激光束的中间,使航天器可以或许在星际旅行甚至是恒星际旅行中保持航向。

这种新型的帆依靠于一种被称为衍射光栅的布局,这种布局最常见的处所就是在CD和DVD上。衍射光栅是一种笼罩一系列法则细微凸起或狭缝的外貌,它们可以散射或衍射光,使差别波长或颜色的光向差别的偏向流传。

在CD或DVD上,信息以差别长度的细微凹坑作为编码情势,这些凹坑分列在沟通宽度和沟通间隔的行中,然后激光束就可以扫描这些磁盘来读取数据。这些行在CD和DVD的镜面上形成一个衍射光栅,可以将白光剖析成很多颜色,形成人们在这些光盘上看到的彩虹图案。

这项研究的资深作者、纽约罗切斯特理工学院的光学物理学家Grover Swartzlander:“假如你曾经研究过光盘上瑰丽的光,你就会看到衍射效应。”

研究职员制造了一个由两个衍射光栅并排放置的帆。每个光栅均由分列整洁的液晶组成,这些液晶包罗在一张塑料薄膜中,雷同的液晶常用于电子显示屏和电子表。

从前的光帆设计就像镜子一样会将光束反射回其光源。但在新的设计中,每个衍射光栅中的液晶会使光芒以必然的角度偏转,发生的推力会使帆向后方和侧方运动。

新帆左侧的光栅会将光束偏转到激光束的右侧,而右侧的光栅会将光束偏转到左侧。因此,假如帆的位置移动了的话,激光束落在帆的双方之后就会把帆推回本来的位置,使激光从头落在帆的中间。

在尝试激光帆的测试中,科学家们必需检测出帆在激光感化下发生的细小感化力,同时将这些力与诸如修建振动或气流扰动区分隔来。

Swartzlander说:“我们沮丧地发明,在某些环境下我们的丈量成果会变得不行靠,但终极,我们找到了足够的位置和制止滋扰的要领。”

研究职员乐成地探测到帆发生了令其从头回到激光中间的推力,将它推回到与激光束对齐的位置。

Swartzlander说:“尝试成果与我们的理论预测一致,这很是令人高兴,这表白我们可以自信地设计出由阳光或激光束驱动的更庞大的衍射布局。”

今朝,研究职员正在试验一种新的帆,无论这种帆向任何偏向漂移,它都可以主动居中,而不仅仅只限定于向左和向右。Swartzlander说:“有趣的是,它们可能具有与麋集磁盘衍射特征很是相似的光学特征,”

研究职员发起,将来他们的帆可以在国际空间站或地球周围的小卫星长进行测试。12月13日,他们在《物理谈论快报》(Physical Review Letters)在线版上具体先容了他们的发明。

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