Группа из Texas A&M двигала метаджеты лазером без контакта

Почему лазеры могут заменить ракеты: честный разбор технологии метаджетов

Недавно группа ученых из Техасского университета A&M показала микроскопические устройства, которые движутся под лазером без всякого контакта. Звучит как фантастика. Но это реальный эксперимент. Называются они метаджеты. И, если всё сложится, именно такие штуки через пару десятков лет долетят до Альфы Центавра.

Обычная ракета с химическим топливом не способна разогнаться до скорости, достаточной для межзвездного перелета за разумное время. Сотни тысяч лет — вот реальность. А метаджеты работают на световом давлении. Фотоны, сталкиваясь с поверхностью, толкают объект. В вакууме нет торможения. Даже крошечная сила, действующая годами, разгоняет до огромных скоростей.

Как устроен метаджет

Это не просто кусок материала. Поверхность покрыта сверхтонким слоем с наноразмерными узорами. Такая структура — метаматериал — позволяет изгибать лучи света в нужном направлении. В лаборатории инженеры добились полной трехмерной маневренности. Устройство одновременно движется вбок и поднимается вверх. Никаких двигателей. Только лазер снаружи.

Метаджет — это, по сути, парусник, где ветер заменен фотонами. Только ветер дует из лазера, а парус — нанорельеф, который перераспределяет импульс.

Принцип простой: фотон ударяется, отскакивает, меняет направление — и передает импульс объекту. Чем больше фотонов, тем сильнее толчок. В космосе можно использовать мощные наземные лазеры, чтобы разгонять зонд годами. Именно на этом построен проект «Прорывной звездный полет» (Breakthrough Starshot).

Цифры, которые отрезвляют

До Альфы Центавра — 4 световых года. При разгоне до 20% скорости света полет займет примерно 20 лет. Звучит круто. Но масштаб проблемы — колоссальный. Лабораторный метаджет размером в микрометры. Межзвездный зонд должен быть легче грамма, чтобы лазер мог его толкать. При этом нужно сохранить навигацию, связь, научные приборы. Инженерам предстоит решить задачи, с которыми мы пока не сталкивались.

Впечатляет, правда? Но есть нюанс.

Микро-инструкция: как понять принцип светового давления за минуту

Возьмите обычную лазерную указку и поднесите к ней легкий шарик из пенопласта (диаметр 1–2 см). В темноте вы заметите, что шарик слегка отклоняется, если попасть в него лучом. Это и есть световое давление. Теперь представьте, что указка — мощностью в гигаватты, а шарик — крошечная пластинка с миллионами наноотражателей. Чувствуете масштаб?

Почему я скептичен (но осторожно)

Недавно я заметил, что даже в вакуумных камерах лазерный пучок неидеален — он расходится, теряет плотность на расстоянии. Чтобы разогнать зонд за пределы Солнечной системы, нужно сфокусировать луч с точностью до долей угловой секунды на миллионах километров. Это нереально сегодня. Плюс метаджеты пока управляются только в лаборатории. Никто не испытывал их при температурах космоса, радиации, микрометеоритах.

Тем не менее, сама идея гениальна. Метаматериал, работающий как фотонный двигатель, — это прорыв. Если мы научимся масштабировать производство и контролировать луч, у человечества появится реальный шанс дотянуться до других звезд. Пока это дорога в один конец для крошечного зонда. Но с такого зонда и начиналась вся космонавтика.

Личное мнение: световая тяга — единственный разумный способ межзвездных перелетов. Химические ракеты тут бессильны. Да, инженерных проблем вагон. Но лучше начать сейчас, чем через сто лет.

Резюме от автора

Метаджеты — не игрушка. За ними стоит точная наука и смелая инженерия. Если проект удастся, мы получим межзвездный транспорт без топлива. Если нет — хотя бы поймем, как управлять светом с нанометровой точностью. В любом случае, это шаг вперед.