Световые паруса используют вместо топлива давление фотонов. При достаточно большой площади паруса и малой массе зонда такой космический корабль мог бы развить до 20% от скорости света. Специалисты из Университета Таскиги разработали и изготовили фотонно-кристаллический световой парус с высокой отражательной способностью — около 90% на целевой длине волны, сообщает Debrief.

В отличие от традиционных световых парусов с металлизированными полимерными пленками, новая конструкция использует наноразмерный узор из трех диэлектрических компонентов: столбиков из германия (с высоким показателем преломления), воздушных пустот (с низким показателем) и полимерной матрицы из полиметилметакрилата (ПММА). Такая конфигурация создает узкую фотонную запрещенную зону с центром на длине волны лазерного излучения около 1,2 мкм, обеспечивая целевую отражательную способность без проблем перегрева, свойственных металлическим покрытиям.

Разработка узкой фотонной запрещенной зоны, согласованной с частотой двигательного лазера, позволяет парусу оставаться в основном прозрачным для солнечного излучения, сохраняя высокую отражательную способность в рабочем диапазоне. Команда использовала моделирование методом разложения по плоским волнам и конечно-разностным методом во временной области, а затем изготовила прототипы мембран с помощью электронно-лучевой литографии и вакуумного напыления.

Моделирование показало, что новый парус может генерировать непрерывную тягу, потенциально разгоняясь до нескольких сотен метров в секунду за час в идеальных условиях. Хотя до межзвездных скоростей еще далеко, исследователи считают конструкцию достаточно надежной для межпланетных миссий внутри Солнечной системы.

Разработка может служить основой для проектирования и изготовления многокомпонентых фотонно-кристаллических парусов и открывает путь к экспериментально подтвержденным, масштабируемым, легким устройствам для лазерного движения. Однако, как подчеркивают авторы, необходимы дальнейшие исследования качества лазерного луча, влияния окружающей среды и долговременной стабильности материалов в космосе.

В прошлом году команда инженеров изготовила солнечный парус, который поглощает всего 4% получаемой энергии. Вдобавок, он прочный, легкий и гибкий.