Лазерный двигатель из графеновых аэрогелей открывают эру безтопливных полетов в дальний космос

Европейское космическое агентство (ESA) в сотрудничестве с учеными из Бельгии и ОАЭ провело эксперимент, продемонстрировавший возможность перемещения объектов без использования традиционных силовых установок. Основное внимание уделялось графеновым аэрогелям — материалам с рекордно низкой плотностью и необычной чувствительностью к световым импульсам.

В своем эксперименте команда исследователей задействовала заподнялась специальный самолет для параболических маневров. Такие полеты кратковременно создают эффект невесомости, то есть условия, близкие к орбитальным. В герметичную камеру поместили несколько небольших кубиков из графенового аэрогеля. Их масса была настолько мала, что даже слабое воздействие фотонов приводило к заметным вибрациям. На Земле этот эффект не заметен из-за сильной гравитации, но в условиях невесомости он проявился практически мгновенно.

Когда самолёт вошёл в фазу свободного падения, учёные направили на образцы непрерывный пучок лазера. Реакция была мгновенной. Кубики резко ускорились, словно их ударил невидимый молот. Движение длилось всего несколько десятков миллисекунд, но этого хватило, чтобы зафиксировать отчётливый импульс. Высокоскоростные датчики с максимальной точностью зарегистрировали траекторию движения.

Графеновые аэрогели обладают уникальной структурой. Их каркас напоминает сетку из ультратонких углеродных нитей, образующих трехмерную решётку с множеством пустот. Такая архитектура обеспечивает высокую прочность при минимальной массе. Материал инертен - т.е. практически не взаимодействует с окружающей средой - но активно поглощает энергию лазера. Абсорбированная энергия преобразуется в кинетическую, создавая управляемую тягу.

Главный результат эксперимента — подтверждение того, что свет может выступать в качестве пропульсивной системы. Интенсивность луча определяет силу ускорения, а это значит, что лазер можно использовать в качестве управляемого источника тяги. Используя этот эффект, ученые могут создать системы орбитальной ориентации и маневрирования, не требующие топлива. Современные спутники для корректировки своего положения используют микродвигатели. Когда запас топлива заканчивается, аппарат теряет способность поддерживать ориентацию и постепенно перестает функционировать.

Устройства из графена могут заменить такие системы. Импульс лазера позволит разворачивать спутник, регулировать угол наклона солнечных батарей или корректировать траекторию. Более того, в таком механизме не нужны топливные баки, клапаны и трубы. Освободившееся пространство можно использовать для размещения научных приборов или дополнительного электронного оборудования.

Перспективные области применения не ограничиваются малыми космическими аппаратами. Исследователи изучают возможность интеграции графеновых материалов в солнечные паруса. Такие конструкции будут использовать давление света для перемещения космических аппаратов в глубоком космосе. Добавление аэрогелей позволит повысить чувствительность паруса к импульсам лазера и обеспечит более точное управление.

Исследователи планируют продолжить работу на околоземной орбите, где влияние внешних факторов минимально. Следующим шагом станет создание прототипов, способных выполнять элементарные маневры. Если технология окажется эффективной, космическая отрасль получит инструмент, способный радикально изменить наше представление о движении в космическом пространстве.