Vesmírné lodě bude jednou na cestě ke vzdáleným planetám pohánět zatím spíše teoretická technologie světelných plachet. Vědci z Technické univerzity v Delftu a Brownovy univerzity se nedávno pochlubili jejich zajímavou inovací.
Tvoří je speciální membrány tenčí než lidský vlas, v plném provedení by měly plochu fotbalového hřiště a místo větru se do nich v okolním vakuu opře světlo z laserového zářiče. Malá sonda by s jejich pomocí mohla dosáhnout až na pětinu rychlosti světla.
Světelná plachta pro plavbu vesmírem
Koncepce vesmírných plachet není úplně nová, aktuální inovace ale spočívá ve vylepšené metodě jejich výroby. Zatímco dříve by něco takového trvalo až 15 let, vědeckému týmu pod vedením doktoranda Lucase Norderema se podařilo zkrátit proces na pouhý den. Jak toho dosáhli? Použili pokročilou metodu zvanou neuronová topologická optimalizace.
Princip činnosti a návrhy fotonických krystalových reflektorů
Stručně řečeno, základem plachty je nový typ struktury – pentagonální krystal –, který navrhla neuronová síť. Výsledkem je membrána z nitridu křemíku (SiN) s rozměry 60 × 60 milimetrů a tloušťkou pouhých 200 nanometrů, kterou pokrývají miliardy miniaturních otvorů. Nutno podotknout, že zatím nejde o hotovou technologii, ale o „proof-of-concept“ z laboratoře.
Jedinečnost těchto plachet tkví především v jejich schopnosti odrážet světlo v širokém spektru vlnových délek. Při zrychlování sondy dochází k tzv. Dopplerovu jevu, kdy se vlnová délka laserového paprsku z pohledu sondy mění.
Plachta musí být schopna efektivně odrážet světlo v celém rozsahu těchto vlnových délek. Vědci zjistili, že optimální je pětihranná struktura otvorů, neboť poskytuje lepší výkon než tradiční čtvercové nebo šestiúhelníkové uspořádání. Výsledkem je vyšší zrychlení při nižší spotřebě energie – tedy levnější cesta.
K nejbližší hvězdě možná poletíme jen 20 let
Inovace by mohla způsobit revoluci nejen v kosmickém výzkumu. Richard Norte z TU Delft zdůrazňuje, že jde o zcela nový přístup k nanotechnologiím. „Vytváříme zařízení s vysokým poměrem stran, která jsou tenčí než cokoli, co jsme dosud vyrobili, ale rozpínají se do rozměrů obrovských struktur,“ vysvětluje.
Oevírá nové možnosti i pro základní fyzikální výzkum; například studium interakcí světla a hmoty nebo relativistických jevů v makroskopickém měřítku.
Parametry mise na světelné lodi k Alfě Centauri
Projekt je součástí ambiciózní iniciativy Breakthrough Starshot, kterou v roce 2016 zahájili miliardář Jurij Milner a fyzik Stephen Hawking. Jejich cílem je vyslat flotilu miniaturních sond k Alfě Centauri, nejbližší hvězdě mimo naši sluneční soustavu. Současné rakety by k ní letěly 10 000 let, ale s pomocí světelných plachet by cesta mohla trvat „pouhých“ 20 let. Je to odvážný plán, ale díky aktuálnímu pokroku se zdá být zase o něco blíže k realitě.
Přestože mezihvězdné lety zůstávají hudbou budoucnosti, vědci už plánují další experimenty. Chtějí demonstrovat pohyb plachet na centimetrové vzdálenosti proti zemské gravitaci. Kdo ví, možná jednoho dne budeme svědky startu první mezihvězdné sondy poháněné světlem. Do té doby nám tato technologie může pomoci lépe porozumět základním principům vesmíru kolem nás.