Egy lépéssel közelebb a lézerhajtású fényvitorla

A fényvitorlások üzemanyag nélkül működő űrhajók, amelyeket a vitorlának ütköző fotonok sugárnyomása hajt, a lézerrel hajtott változatuk pedig egyelőre csak a sci-fikben létezik.

Ha nagy távolságra szeretnénk űrhajót küldeni, a fényvitorlás a legjobb megoldás erre. Bár eleinte lassan halad, ám fokozatosan gyorsulva hatalmas sebességet érhet el, így nagyon gyorsan eljuthat olyan távolságra, ahova hagyományos hajtású űrhajóval emberi léptében gondolkodva lehetetlen.
Például az Alfa Centauri 4,7 fényévre lévő csillagát több tízezer év alatt érné csak el egy hagyományos űrszonda, ám fényvitorlással, különösen ha lézerrel gyorsítanánk, akár 20 év is elég volna hozzá. (Ez persze csak a probléma egyik fele, odajutva le is kell lassítani. )
A napfény vagy csillagfény fotonjainál hatékonyabb lenne a lézeres meghajtás, vagyis a vitorlára irányított igen nagy erejű fénysugár. Nemrégiben a Journal of Nanophotonics folyóiratban látott napvilágot egy kutatási eredmény, amelyben a lézermeghajtású fényvitorlára optimalizált anyagot fejlesztett egy csoport.
A fényvitorlákat általában fémbevonatú műanyagfóliából készítik, ez pedig fel is melegedik a fény hatására – a túlmelegedése ellen pedig vastagabb anyaggal lehet védekezni. Az új anyag azonban nem is melegedik, és jóval nagyobb energiahatékonyságú is lesz.

A kutatók terveiben olyan fényvitorla született, amely egyúttal fotonikus kristály is. Ez azt jelenti, hogy a vitorlát meghajtó lézerfény hullámhosszát figyelembe véve készült: a beállított hullámhossznak megfelelő fényt igen erősen visszaveri, míg a többit átereszti. Ezzel válik hatékonyabbá a meghajtás, és emiatt nem forrósodik úgy fel az anyag. A vitorla egy nagyon vékony hártya lenne, amelyben nanoméretű, periodikus mintázat található: 100 nanométeres germánium oszlopok, 400 nanométeres levegőlyukak, és egy polimer réteg együtt alkotják a szerkezetet.
A kutatók le is gyártottak egy darabot az így tervezett fényvitorlából (vagyis igazolták, hogy megvalósítható, létrehozható), ellenőrizték annak állapotát, majd számítógépes szimulációkkal tesztelték a viselkedését. A valós körülményekkel, igazi lézeres meghajtással végzendő kísérletek is folyamatban vannak már egyébként.
A szimulációk azonban ígéretesek: egy 100 kilowattos lézerrel, egy óra alatt akár több száz méter per másodperc sebességre lehet gyorsítani egy egy négyzetméteres fényvitorlást. Ez ugyan a csillagközi távolságokhoz még kevés, de bolygóközi, Naprendszeren belüli küldetésekhez elegendő. A módszer működőképes volta azonban eleve alapot jelenthet a későbbi, komolyabb rendszerek tervezéséhez.





































































































































































































