Создан сверхтонкий световой парус для космических аппаратов

Создан сверхтонкий световой парус для космических аппаратов

Ученым удалось создать сверхтонкий световой парус для космических аппаратов, используя метод искусственного интеллекта. Этот парус состоит из листа нитрида кремния нанометровой толщины, который обладает исключительной способностью отражать свет. Идея создания такого материала возникла из проекта Breakthrough Starshot, цель которого - отправить флот крошечных зондов в космос с помощью световых парусов. Для достижения требуемых скоростей, материал должен быть легким, и благодаря оптическим наноструктурам, материал стал идеальным выбором. Группа ученых использовала нейронную оптимизацию топологии, чтобы определить оптимальную конфигурацию и форму отверстий в материале, что помогло минимизировать его массу и увеличить отражательные свойства. Этот технологический прорыв открывает новые перспективы для изучения космоса с помощью маленьких и легких космических аппаратов.

Вдохновение от Breakthrough Starshot

Исследователи разработали сверхтонкий световой парус для использования в космических аппаратах. Их работа была вдохновлена проектом Breakthrough Starshot, запущенным в 2016 году, который предполагает отправку флота из 1000 миниатюрных зондов к Альфе Центавра. Для достижения этой амбициозной цели необходимы материалы, обладающие оптимальной комбинацией отражательных свойств и лёгкости. С помощью искусственного интеллекта и метода "нейронной оптимизации топологии" исследователи создали лист нитрида кремния нанометровой толщины с оптимальной конфигурацией отверстий, позволяющей уменьшить массу и увеличить отражательные свойства материала. Такой подход позволяет создавать световые паруса, необходимые для дальних космических миссий.

Технические требования к световым парусам

Для достижения требуемых скоростей в космических аппаратах необходимо использовать сверхлегкие материалы. Размеры зондов должны быть минимальными, всего несколько сантиметров в диаметре и массой всего несколько граммов. Однако, чтобы собрать достаточное количество света, площадь светового паруса должна покрывать около 100 квадратных футов, что требует разработки новых технологий для создания сверхлегких материалов. Важным элементом является создание оптических наноструктур, таких как "фотонные кристаллы", которые не только уменьшают массу материала, но и улучшают его отражательные свойства. С использованием методов искусственного интеллекта и вычислительной физики ученые смогли оптимизировать конфигурацию отверстий в материале, создав тем самым сверхтонкий световой парус для космических аппаратов.

Использование оптических наноструктур

Создание оптических наноструктур, известных как "фотонные кристаллы", представляет собой перспективный подход в разработке сверхлёгких материалов. Эти кристаллы состоят из сетки крошечных отверстий, которые не только значительно снижают вес материала, но также способствуют улучшению его отражательных свойств. Бобовидные отверстия, толщиной менее 200 нанометров, были оптимизированы при помощи искусственного интеллекта для достижения оптимальной конфигурации и формы. Эти структуры не только уменьшают массу материала, но и создают необычные оптические эффекты, повышая его способность отражения света. Разработка подобных материалов открывает новые возможности для создания световых парусов на космических аппаратах, позволяя им достигать требуемых скоростей и максимально эффективно использовать световую энергию в космических миссиях.

Применение искусственного интеллекта

Использование нейронной сети в сочетании с традиционной программой вычислительной физики позволило исследователям из Делфтского университета и Брауновского университета создать оптимальную структуру для легкого и светоотражающего материала. Этот подход помог найти оптимальные параметры формы и конфигурации отверстий в нанометровом листе нитрида кремния. Таким образом, удалось разработать ультратонкий световой парус для космических аппаратов, что открывает новые перспективы в развитии космических технологий.

Конечный результат эксперимента

Работа ученых по созданию сверхтонкого светового паруса для космических аппаратов привела к созданию решетки из бобовидных отверстий толщиной менее 200 нанометров. Для проверки конструкции они использовали метод наводной литографии с помощью лазера, создав образец площадью 32 квадратных сантиметра, весивший всего несколько микрограммов. Такое использование искусственного интеллекта в разработке сверхлегких и высокоэффективных материалов для космической техники представляет важный прогресс в этой области, открывая новые перспективы для будущих миссий в космосе.