靠近星际旅行的一步。一个成功的石墨烯灯帆的微重力测试

如果我们想去星星,我们’重申必须是有创意的。传统火箭队aren’T几乎强大,足以让我们在合理的时间内越来越轻微。即使是核火箭也可能不够。所以呢’人类要做什么?答案可能是一帆风。

Tsiolkovsky火箭方程图表的大规模比例。信用:维基百科用户Krishnavedala

任何空间旅程的挑战都会归结为 Delta-v。 也就是说,你可以改变多少相对于地球速度的速度。为了获得Delta-V,您需要有一些推力。火箭是获得Delta-V的好方法,但他们有一个大的下行。火箭燃料需要与您一起携带,这意味着您想要更快地携带速度的速度。换句话说,Delta-V越大,有效载荷比的质量越大。

您可以使用高效火箭降低此比率,并且有许多空间探针使用的戏法等技巧。但这不会让你达到光速的一小部分’■速度的速度宇宙宇宙飞船需要。因此,如果问题是您需要携带燃料,为什么不完全摆脱燃料的需求?

美丽的景象!在这个图像中,Lightsail 2’S太阳能航行几乎完全在7月23日全面部署。鱼眼相机镜头使帆呈现翘曲。图像信用:行星社会

这是轻帆进来的地方。而不是通过将热气体从火箭喷嘴中投射出热气来创造推力,而轻帆反射阳光或来自强大的激光的光。光的光子唐’T有任何质量,但他们确实有动力。当光子撞到表面时,它会给表面带来微小的推动。这一直发生在地上,但我们从未注意到它是因为推动非常小。

我们知道这个想法可以工作。 2015年,又一次于2019年,行星社会 推出的测试灯帆 作为概念证明。他们表明,阳光可用于提高小卫星的轨道。但在轻帆之外还有很长的路要走将是实用的。

为了从灯光造成严肃的推动,你的轻帆需要巨大。在跨越公里,即使是小型航天器也是如此。利用诸如反射薄膜的材料,风帆将具有如此多的质量,即大多数所获得的推力将浪费在航行上。我们需要的是一个极其轻质的材料,仍然足够强大,可以做这项工作。

由石墨烯制成的3毫米宽的轻帆。信用:r。 Santiago Jose Cartamil-Bueno

最近,团队看着我们可以使用的最轻的材料之一:石墨烯。石墨烯是六角形瓷砖图案的一片碳原子。它’S令人难以置信的坚强,可以形成一盏灯束厚度。现在,我们只能制造小型石墨烯,所以球队建造了一个小型灯,仅3毫米,质量小于250微克。然后,该团队将他们的小帆放在微沉降室中,并用电力从0.1 W到1 W的激光照射它。大帆的加速度大于通过辐射热量的增加10倍。

轻帆工作。这项研究是一个很好的示威性,石墨烯帆可以捕获光的推动。下一个和更大的挑战是扩大石墨烯帆的大小。已经制造了较大的石墨烯,但含有较大的距离附近。星际旅行仍然很长的路,但我们现在知道隧道尽头可能有光线。

参考: Gaudenzi,rocco,Davide Stefani和Santiago Jose Cartamil-Bueno。“在微匍匐中的石墨烯帆帆的光诱导推进.” Acta Astorona. (2020).