- 13,854
- 20
- 8 Ноя 2022
Ученые создали уникальный наноматериал для межзвездных путешествий.
Новая система ультратонких солнечных парусов, разработанная с использованием искусственного интеллекта, может значительно приблизить человечество к межзвездным путешествиям. Эта технология, по расчетам ученых, способна доставить космический аппарат к ближайшей звезде за 20 лет.
В 1977 году зонд Voyager 1 стал первым искусственным объектом, покинувшим нашу Солнечную систему. Однако, чтобы Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся , ближайшей к нам звезды, ему потребовалось бы более 70 тысяч лет. Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся , напротив, способен значительно ускорить этот процесс. Это крупная отражающая поверхность, которая, находясь перед космическим аппаратом, может использовать солнечный свет или лазерный луч с Земли для постоянного ускорения. Теоретически это может позволить достичь скорости 10-20% от скорости света.
Создание материалов, которые одновременно будут легкими и отражающими, долгое время оставалось нерешенной задачей. Теперь исследователи с помощью нейронной топологической оптимизации создали нанометровый лист из нитрида кремния, который может воплотить эту идею в жизнь.
«Эта миссия требует материалов для солнечных парусов, которые бросают вызов основам нанотехнологий, требуя инноваций в области оптики, материаловедения и структурной инженерии», — отмечает команда исследователей в препринте, опубликованном на Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся . «Это исследование подчеркивает потенциал нейронной топологической оптимизации для достижения инновационных и экономически жизнеспособных дизайнов солнечных парусов, что критически важно для космических исследований нового поколения».
Техника, используемая учеными, была вдохновлена проектом Breakthrough Starshot, запущенным Breakthrough Initiatives в 2016 году. Starshot стремится создать флот из 1000 крошечных космических аппаратов, использующих солнечные паруса и наземный лазер для достижения Альфа Центавра в течение 20-30 лет. Зонды будут оснащены камерами и другими датчиками для передачи данных по прибытии.
Для достижения необходимых скоростей космические аппараты должны быть чрезвычайно легкими — сами зонды будут размером всего в несколько сантиметров и весом в несколько граммов. Однако солнечные паруса, чтобы собрать достаточное количество света, должны иметь площадь около 9 квадратных метров, что требует использования ультралегких материалов.
Одним из перспективных подходов является создание оптических наноструктур, называемых фотонными кристаллами, состоящими из повторяющейся сетки крошечных отверстий. Проделывание миллионов или миллиардов таких отверстий в материале значительно снижает его вес, а также создаёт необычные оптические эффекты, повышающие отражательную способность материала.
Определение оптимальной конфигурации этих отверстий — сложный процесс. Поэтому группа исследователей из Делфтского университета в Нидерландах и Брауновского университета в США привлекла искусственный интеллект . Они объединили нейронную сеть с традиционной программой вычислительной физики для поиска оптимальной формы и расположения отверстий, минимизируя массу и увеличивая отражательную способность.
Результатом стала решетка с отверстиями в форме бобов, толщина которых не превышает 200 нанометров. Для демонстрации работоспособности дизайна использовался метод литографии, при котором лазер с невероятно детализированным трафаретом создает отверстия в пластине из нитрида кремния. С помощью этого метода команда создала образец площадью 35 квадратных сантиметров, который весил всего несколько микрограммов.
Литография — это технология, используемая при производстве компьютерных чипов, поэтому исследователи считают, что их подход можно легко масштабировать. По прогнозам команды, на создание полноразмерного солнечного паруса потребуется около дня и 2700 долларов. Однако для этого придется Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся специальное производство, так как существующие заводы по изготовлению чипов работают с пластинами длиной до 38 сантиметров.
Стефания Солдини из Ливерпульского университета отметила, что для успешной реализации миссии Breakthrough Starshot еще предстоит решить множество инженерных задач, но дешевый и быстрый способ производства солнечных парусов будет ключевым.
NASA также активно исследует этот подход. Недавно агентство Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся , что его передовая система солнечных парусов, запущенная в этом году, близка к первому развертыванию парусов.
Если эти проекты окажутся успешными, человечество сможет увидеть первые подробные снимки миров за пределами Солнечной системы в течение жизни нынешнего поколения.
Новая система ультратонких солнечных парусов, разработанная с использованием искусственного интеллекта, может значительно приблизить человечество к межзвездным путешествиям. Эта технология, по расчетам ученых, способна доставить космический аппарат к ближайшей звезде за 20 лет.
В 1977 году зонд Voyager 1 стал первым искусственным объектом, покинувшим нашу Солнечную систему. Однако, чтобы Для просмотра ссылки Войди
Создание материалов, которые одновременно будут легкими и отражающими, долгое время оставалось нерешенной задачей. Теперь исследователи с помощью нейронной топологической оптимизации создали нанометровый лист из нитрида кремния, который может воплотить эту идею в жизнь.
«Эта миссия требует материалов для солнечных парусов, которые бросают вызов основам нанотехнологий, требуя инноваций в области оптики, материаловедения и структурной инженерии», — отмечает команда исследователей в препринте, опубликованном на Для просмотра ссылки Войди
Техника, используемая учеными, была вдохновлена проектом Breakthrough Starshot, запущенным Breakthrough Initiatives в 2016 году. Starshot стремится создать флот из 1000 крошечных космических аппаратов, использующих солнечные паруса и наземный лазер для достижения Альфа Центавра в течение 20-30 лет. Зонды будут оснащены камерами и другими датчиками для передачи данных по прибытии.
Для достижения необходимых скоростей космические аппараты должны быть чрезвычайно легкими — сами зонды будут размером всего в несколько сантиметров и весом в несколько граммов. Однако солнечные паруса, чтобы собрать достаточное количество света, должны иметь площадь около 9 квадратных метров, что требует использования ультралегких материалов.
Одним из перспективных подходов является создание оптических наноструктур, называемых фотонными кристаллами, состоящими из повторяющейся сетки крошечных отверстий. Проделывание миллионов или миллиардов таких отверстий в материале значительно снижает его вес, а также создаёт необычные оптические эффекты, повышающие отражательную способность материала.
Определение оптимальной конфигурации этих отверстий — сложный процесс. Поэтому группа исследователей из Делфтского университета в Нидерландах и Брауновского университета в США привлекла искусственный интеллект . Они объединили нейронную сеть с традиционной программой вычислительной физики для поиска оптимальной формы и расположения отверстий, минимизируя массу и увеличивая отражательную способность.
Результатом стала решетка с отверстиями в форме бобов, толщина которых не превышает 200 нанометров. Для демонстрации работоспособности дизайна использовался метод литографии, при котором лазер с невероятно детализированным трафаретом создает отверстия в пластине из нитрида кремния. С помощью этого метода команда создала образец площадью 35 квадратных сантиметров, который весил всего несколько микрограммов.
Литография — это технология, используемая при производстве компьютерных чипов, поэтому исследователи считают, что их подход можно легко масштабировать. По прогнозам команды, на создание полноразмерного солнечного паруса потребуется около дня и 2700 долларов. Однако для этого придется Для просмотра ссылки Войди
Стефания Солдини из Ливерпульского университета отметила, что для успешной реализации миссии Breakthrough Starshot еще предстоит решить множество инженерных задач, но дешевый и быстрый способ производства солнечных парусов будет ключевым.
NASA также активно исследует этот подход. Недавно агентство Для просмотра ссылки Войди
Если эти проекты окажутся успешными, человечество сможет увидеть первые подробные снимки миров за пределами Солнечной системы в течение жизни нынешнего поколения.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
