دانشمندان برای نخستینبار سیستم پیشرانش نوری متاجت را معرفی کردهاند که میتواند راه سفر ۲۰ ساله به منظومه ستارهای آلفا قنطورس را هموار کند.
به گزارش سرویس هوافضای تکناک، آلفا قنطورس نزدیکترین همسایه ستارهای زمین است که در فاصله ۴.۳۷ سال نوری قرار دارد. پیشرانش نوری متاجت قادر است اجسام بسیار کوچک را تنها با استفاده از نور لیزر، بدون هیچ تماس فیزیکی در سه بُعد حرکت دهد و هدایت کند.
پژوهشگران دانشگاه Texas A&M اعلام کردهاند که این فناوری متاجت میتواند جایگزینی مقیاسپذیرتر برای روشهای پیشین پیشرانش نوری باشد و در آینده امکان ساخت فضاپیماهایی فوقسبک را برای سفرهای بینستارهای فراهم کند.
در حال حاضر، حتی با پیشرفتهترین موتورهای موشکی، سفر به آلفا قنطورس به صدها هزار سال زمان و هزینهای نجومی نیاز دارد. به همین دلیل، ایده استفاده از نور برای رانش فضاپیما سالها است که مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است. پروژه معروف Breakthrough Starshot که در سال ۲۰۱۶ معرفی شد، پیشنهاد داده بود که با استفاده از میلیونها لیزر، بادبانی نوری را تا سرعتی نزدیک به نور شتاب دهد تا فضاپیما ظرف حدود ۲۰ سال به آلفا قنطورس برسد.
اگرچه این پروژه با مشکلات مالی روبهرو شد، اما مفهوم پیشرانش نوری همچنان زنده مانده است. اکنون تیم دانشگاه Texas A&M روشی تازه ارائه کرده است که میتواند محدودیتهای پیشین را کاهش دهد.
دانشمندان در این پروژه از ساختارهایی میکرونی به نام متاجت استفاده کردهاند. این ابزارها از «متاسطح» ساخته شدهاند؛ موادی فوقنازک که روی آنها الگوهای بسیار ریز حک شده است. این الگوها مانند لنز عمل میکنند و میتوانند نحوه بازتاب و رفتار نور را با دقت بالا کنترل کنند.
با طراحی دقیق این ساختارها، پژوهشگران توانستند انتقال تکانه نور به جسم را کنترل کنند. در نتیجه، نور لیزر نیرویی کوچک اما قابل اندازهگیری به جسم وارد میکند و آن را به حرکت درمیآورد. این همان اصل پیشرانش نوری است، اما دقت و انعطافپذیری بسیار بیشتری از گذشته دارد.
Shoufeng Lan، رهبر این پژوهش توضیح داد که عملکرد سامانه شبیه برخورد توپ پینگپنگ با میز است؛ با این تفاوت که در اینجا فوتونهای نور همان نقش توپ را بازی میکنند و با برخورد به سطح، جسم را هل میدهند.
مهمترین دستاورد این فناوری، توانایی هدایت کامل در سه بُعد است؛ قابلیتی که تاکنون در سامانههای پیشرانش نوری مشاهده نشده بود. بیشتر فناوریهای پیشین تنها امکان حرکت محدود یا کنترل ناقص را فراهم میکردند، اما متاجت میتواند جسم را بالا ببرد، بچرخاند و در جهات مختلف هدایت کند.
این ابزارها در مرکز نانوفناوری AggieFab ساخته شدهاند و اندازه آنها تنها چند ده میکرون است؛ یعنی کوچکتر از ضخامت موی انسان میباشد. با وجود این، پژوهشگران بیان کردند که نیروی تولیدشده به اندازه جسم وابسته نیست، بلکه به توان منبع نور بستگی دارد. بنابراین در صورت دسترسی به لیزرهای قدرتمند، این روش میتواند برای سامانههای بزرگتر نیز به کار گرفته شود.
دانشمندان برای آزمایش، متاجتها را در محیطی سیال بررسی کردند تا اثر گرانش کاهش یابد و رفتار واقعی سامانه بهتر سنجیده شود. نتایج نشان داد که این ساختارها میتوانند به صورت پایدار شناور شوند و در پاسخ به تابش نور، مسیر خود را تغییر دهند.
کارشناسان معتقد هستند که اگر این فناوری در مقیاس فضایی توسعه یابد، میتواند نسل تازهای از فضاپیماهای سبک و بدون سوخت را ممکن کند. چنین فضاپیماهایی به جای حمل سوخت سنگین از پرتوهای لیزری زمینی یا مداری برای شتابگیری استفاده خواهند کرد.
این ایده پیشتر در مأموریت LightSail 2 نیز تا حدی اثبات شده بود. انجمن The Planetary Society در سال ۲۰۱۹ نشان داد که بادبان نوری میتواند بدون سوخت، تنها با فشار نور خورشید در فضا حرکت کند. با وجود این، متاجتها گامی فراتر هستند، چرا که امکان کنترل دقیق و مانور فعال را فراهم میکنند.
تیم Texas A&M اکنون در حال جذب سرمایه خارجی برای آزمایش این فناوری در فضا است. اگر این مرحله موفقیتآمیز باشد، متاجتها میتوانند راهکاری عملی برای سفرهای بسیار طولانی فضایی ارائه دهند.
هرچند رسیدن به مأموریتی واقعی برای سفر به آلفا قنطورس هنوز فاصله زیادی دارد، اما این فناوری نشان میدهد که رؤیای سفر بینستارهای دیگر تنها در قلمرو داستانهای علمی-تخیلی نیست. شاید در آیندهای نهچندان دور، فضاپیماهایی که با نور رانده میشوند، مسیر ۴.۳۷ سال نوری تا نزدیکترین ستاره همسایه را طی کنند.
