德州農工大學研製光推進 metajets 可實現 20 年內抵達半人馬座阿爾法星

即使採用目前最先進的火箭推進技術,要抵達距離地球最近的恆星系統半人馬座阿爾法星,仍需數十億美元及數十萬年時間。光推進技術或許能解決此難題。2016 年啟動的國際研究計劃 Breakthrough Starshot 宣佈,將建造光帆探測器,在人類有生之年內抵達半人馬座阿爾法星。該探測器由數百萬激光驅動,可接近光速飛行,20 年內到達目的地。雖然該計劃因資金短缺而受阻——儘管最初獲 Mark Zuckerberg 等投資者資助 US$100 (約 HK$780) million——光推進

概念並未消退。

Metajet 實驗實現完整 3D 機動性

德克薩斯農工大學(Texas A&M University)一團隊近日展示新型光推進方法,其系統可在無物理接觸下,提升並多方向操控物體。研究人員認為,此法比其他方法更具可擴展性,有望實現類似 Breakthrough Starshot 的任務。他們在最新論文《Optical propulsion and levitation of metajets》中闡述,微米級「metajets」裝置借助激光束產生可控運動。

這些 metajets 由超薄超表面(metasurfaces)構成,表面蝕刻微小圖案,類似鏡頭般操控反射光線行為。透過精密設計結構,科學家控制光向物體轉移動量,從而驅動物體移動,展現新型光推進形式。資深助理教授兼先進納米光子實驗室主任 Shoufeng Lan 博士比喻,此效應猶如乒乓球反彈桌面,光線如球般傳遞微小但可測力量。
metajets 具備前所未有的完整三維機動性,團隊在德克薩斯農工大學 AggieFab 納米製造設施以納米精度製作超表面,並在流體環境中測試,以抵消重力影響。

與其他系統不同,此法非透過塑造光線操控物體,而是將控制功能內嵌材料本身。德克薩斯農工大學團隊指,此設計帶來更靈活力量產生及更好可擴展性。裝置僅數十微米大小,小於人類髮絲寬度,但產生力量依賴光功率而非裝置尺寸,故適用於更大非微觀系統。
當然,此技術高度依賴充足光功率及資金支持。Breakthrough Starshot 因資金不足而暫緩,但 2019 年 The Planetary Society 的 LightSail 2 任務證明,無燃料光推進對小型太空器而言可行。

德克薩斯農工大學團隊正尋求外部資金,在太空測試其方法。

本文由 The Base Principle 編譯自以下英文報道,內容經翻譯及整理,事實與數據以原文為準。
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