Разгон светового паруса мощным лазером может столкнуться с дополнительным ограничением при достижении околосветовых скоростей. Ученые Харбинского технологического института Чао Шэнь и Цзяцзэ Ли выяснили, что излучение, предназначенное для ускорения аппарата, при определенных условиях способно создавать противоположно направленную силу. Работа исследователей опубликована на arXiv.
Читайте: Россиянам готовят новые запреты: что изменится уже в ближайшее время
Световой парус рассматривается как один из возможных способов межзвездных перелетов, для которых возможностей современных химических ракет недостаточно. Концепция предполагает использование большой отражающей конструкции, получающей импульс от света. Применение мощного лазера теоретически позволяет разгонять такой аппарат до скоростей, недоступных существующим двигательным установкам.
Шэнь и Ли проанализировали силы, возникающие при взаимодействии фотонов с поверхностью паруса. Основное ускорение обеспечивает импульс падающего излучения. Дополнительное воздействие возникает при зеркальном отражении фотонов и рассеянном излучении, когда поглощенная энергия повторно испускается в разных направлениях. Пока скорость остается сравнительно небольшой, эти процессы способствуют движению аппарата вперед.
Ситуация меняется по мере ускорения и удаления паруса от источника лазерного излучения. Из-за эффекта Доплера частота света, достигающего поверхности аппарата, постепенно снижается. Одновременно уменьшается тяга, возникающая при разных вариантах взаимодействия фотонов с парусом. Поэтому дальнейшее ускорение становится все менее эффективным с ростом скорости.
Еще один эффект приобретает существенное значение примерно после достижения 75% скорости света. Релятивистская аберрация приводит к тому, что с точки зрения наблюдателя на Земле рассеянное излучение оказывается направлено вперед, по ходу движения аппарата. В результате появляется ответная сила, направленная назад. Таким образом, рассеянное излучение, которое на меньших скоростях помогает разгону, начинает оказывать тормозящее воздействие.
Сам лазер после прохождения этого скоростного рубежа продолжает ускорять парус. Однако эффективность всей системы заметно снижается из-за возникающего противодействия. Исследователи при этом не включали в расчеты ряд других факторов, с которыми потенциальный межзвездный аппарат столкнется в реальных условиях.
В частности, в работе не учитывались возможные столкновения паруса с межзвездными газом и пылью, а также нагрев его поверхности под воздействием мощного лазерного излучения. Для создания реальных аппаратов могут понадобиться специальные метаматериалы и фотонные кристаллы. Такие материалы должны выдерживать интенсивное излучение и одновременно обеспечивать устойчивое положение конструкции внутри лазерного луча.
Читайте также:
- Сентябрь все изменит: что ждет россиян уже с 1 числа
- В платежках за ЖКХ появятся новые начисления: что уже изменилось для россиян
- Пенсии в России резко вырастут с августа: кто получит прибавку уже летом
