加州理工学院在光帆技术研究取得新进展 为“突破摄星”计划助力
时间：2025-02-14 07:00
小编：小世评选
近日，加州理工学院的研究团队在光帆（Lightsail）技术方面取得了显著进展，这一成果为将来将微型探测器送往遥远恒星系统创造了新的可能性。这项研究不仅为太空探索添砖加瓦，同时也将为“突破摄星”计划（Breakthrough Starshot Initiative）的实现提供助力。
“突破摄星”计划是由已经逝世的著名科学家斯蒂芬·霍金和科技投资人尤里·米尔纳于2016年共同发起的。该计划旨在将微型探测器发送至距离地球最近的恒星系统——半人马座α星，这一目标的实现有望在未来几十年内推进人类对宇宙的深入理解。计划的核心在于利用地球上的高功率激光推动轻质帆泄漏，光帆技术的应用显得尤为重要。
光帆是一种利用光源辐射压力获得推进力的装置，类似于太阳帆，但更加灵活和广泛。光源所施加的辐射压力，在航天器推进过程中起到至关重要的作用。虽然单个光子的影响微乎其微，但在真空环境中，累积的辐射压力则能对航天器的轨道产生显著影响。例如，太阳光的辐射压力可以使行星际航天器的轨道偏差达到数千英里，因此在发射探测器时，科学家们必须始终把这一因素考虑在内。
加州理工学院的工程与应用科学部负责人哈里·阿特沃特表示：“光帆将在速度上超越以往的所有航天器，这将使得星际探索变得切实可行。”该团队已经开发出一个测试，用于评估光帆在激光照射下的表现，该光帆由仅有50纳米厚度的薄膜制成，边长达到0.4微米。从技术角度来看，该薄膜的四个角由氮化硅弹簧固定，激光照射下将产生微小的振动，通过分析这些振动，研究人员能够获取激光推动力和功率的数据。
在该研究中，主要作者、博士后学者利奥尔·米夏利与研究生Ramon Gao运用了一种名为共路干涉仪的专用装置。他们避免了不必要的加热现象，并通过对装置性能的深入理解，创造出了一种新方法来测量激光的推力。Ramon Gao指出，他们的目标是最终将先进的纳米材料和超材料整合到光帆中，以确保在星际旅行中的稳定与精准飞行。
光帆技术的研究面临着不少挑战。阿特沃特提到，开发可用于光帆的薄膜需要解决诸如高温适应性、形状稳定性以及在激光照射下的飞行稳定等问题。研究团队必须深入理解材料在激光辐射压力下的反应，以便在建造光帆之前做好充分准备。
目前，多个光帆项目正在国际航天界逐步推进中。尽管美国宇航局去年的太阳帆项目遇到了一些机械故障，加州理工学院的研究团队在光帆设计方面的新的发现和技术创新，依然为未来的光帆探索奠定了坚实的基础。
该研究成果已于2023年1月30日发布在《自然·光子学》杂志上，并获得了广泛的关注和认可。随着技术的不断成熟，“突破摄星”计划的愿景可能不再是遥不可及的梦想，而是将逐步变为科学家们实现的实际目标。
加州理工学院在光帆技术方面的研究，为人类探索星际空间开辟了更多可能性，也预示着人类借助科学技术，将逐步揭开宇宙的神秘面纱，迎接新的科研时代。随着此类研究的深入，我们期待能够在不远的将来见证那些小型探测器带来的前所未有的宇宙新发现。
