W ramach inicjatywy Breakthrough Starshot, prof. Igor Bargatin z Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Mechaniki Stosowanej z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii, zaprojektował żagiel napędzany nie wiatrem, lecz światłem. Wykorzystując nanomateriały i potężne lasery, taki żagiel słoneczny mógłby rozpędzić sondę wielkości mikroprocesora do 1/5 prędkości światła, czyli na tyle szybko, by podróż do Alfy Centauri zajęła 20 lat.
Dotarcie do innej gwiazdy w ciągu naszego życia będzie wymagało prędkości relatywistycznej, czyli czegoś zbliżonego do prędkości światła. Pomysł lekkiego żagla istnieje już od jakiegoś czasu, ale dopiero teraz zastanawiamy się, jak sprawić, by takie konstrukcje przetrwały podróż.prof. Igor Bargatin
Jak zbudować idealny żagiel?
Większość wcześniejszych badań zakładała, że Słońce pasywnie dostarczy całą energię potrzebną do rozpędzenia żagla. Niestety, nadanie żaglowi prędkości relatywistycznych, wymaga bardziej skoncentrowanego źródła energii. Gdy tylko żagiel znajdzie się na orbicie, potężny zestaw naziemnych laserów skierowany w jego stronę, pozwoli na wystrzelenie go w kierunku Alfy Centauri.
Czytaj też: Żagiel słoneczny dzięki nanostrukturom pozwoli na dalekie loty kosmiczne
Żagiel będzie miał szerokość ok. 3 metrów i grubość 1000 razy mniejszą od kartki papieru. Naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii muszą znaleźć sposób, by zapobiec rozerwaniu lub stopieniu się żagla. Zespół prof. Bargatina twierdzi, że jest to technicznie wykonalne, co udowodnił w publikacjach w czasopiśmie Nano Letters.
Najnowsze badania sugerują, że lekkie żagle Starshota, które mają być zbudowane z ultracienkich arkuszy tlenku aluminium i dwusiarczku molibdenu, będą musiały falować jak spadochron, a nie pozostawać sztywne – jak zakładała większość wcześniejszych badań.
Intuicja podpowiada, że bardzo ciasny żagiel, czy to na żaglówce, czy w przestrzeni kosmicznej, jest bardziej podatny na rozdarcia. Jest to stosunkowo łatwa do zrozumienia koncepcja, ale musieliśmy wykonać bardzo skomplikowane obliczenia matematyczne, aby pokazać, jak te materiały będą się zachowywać w tej skali.prof. Igor Bargatin
Zakrzywiona struktura, mniej więcej tak samo głęboka, jak szeroka, będzie w stanie najlepiej wytrzymać naprężenia związane z hiperprzyspieszeniem żagla i siłą przyciągania tysiące razy większą od ziemskiej grawitacji.
Czytaj też: Lot na Alfa Centauri? Naukowcy wiedzą, jak tego dokonać
Fotony laserowe wypełnią żagiel tak, jak powietrze wypełnia piłkę plażową. Wiemy też, że lekkie pojemniki pod ciśnieniem powinny mieć kształt kulisty lub cylindryczny, aby uniknąć rozerwania i pęknięć. Pomyślmy o zbiornikach na propan lub nawet o zbiornikach paliwa w rakietach.Matthew Campbell, doktorant w zespole Bargatina
Breakthrough Starshot to część Breakthrough Initiatives, pakietu programów nauki o kosmosie badających fundamentalne kwestie dotyczące życia we Wszechświecie. Inicjatywy te są finansowane przez Fundację Breakthrough, założoną przez Jurija Milnera i jego żonę Julię.