Источник фото: ScienceDaily
Для полета к другой звезде за приемлемое время потребуются технологии, значительно превосходящие химические ракеты. Одним из перспективных вариантов считается солнечный парус — крупная отражающая конструкция, которую разгоняет свет. Мощные лазеры теоретически способны придать такому аппарату скорость, недостижимую для современных двигателей.
Ученые Харбинского технологического института Чао Шэнь и Цзяцзэ Ли в работе, опубликованной на arXiv, указали на возможную проблему при разгоне светового паруса до околосветовых скоростей. Свет, который должен толкать аппарат вперед, при определенных условиях может создавать тормозящее воздействие. Исследователи рассмотрели силы, возникающие при попадании фотонов на поверхность паруса.
Основной вклад в ускорение дает импульс падающего света. Также на парус влияет зеркальное отражение фотонов и рассеянное излучение, когда свет поглощается, а затем излучается в разных направлениях. На небольших скоростях все эти процессы помогают аппарату двигаться вперед.
По мере удаления от лазерного источника усиливается эффект Доплера: частота достигающего паруса света снижается. Из-за этого уменьшается тяга, создаваемая всеми видами взаимодействия фотонов с поверхностью. Чем выше скорость аппарата, тем сложнее лазеру продолжать его разгон.
После достижения примерно 75% скорости света важную роль начинает играть релятивистская аберрация. Рассеянный свет для наблюдателя на Земле направляется вперед, то есть в сторону движения паруса. В ответ возникает сила, действующая в противоположном направлении, поэтому рассеянное излучение превращается в тормозящий фактор.
Лазер при этом продолжает разгонять аппарат, однако эффективность такой двигательной системы заметно падает. Авторы не учитывали столкновения с межзвездным газом и пылью, а также нагрев материала паруса мощным лазером. Для реальных аппаратов могут потребоваться специальные метаматериалы и фотонные кристаллы, способные выдерживать излучение и поддерживать устойчивое положение паруса в лазерном луче.
