“用于快速过境太空飞行的低功率激光航行”
纳米字母

太空旅行的速度可能慢得令人痛苦：例如，新地平线探测器花了近10年时间到达冥王星。即使是最大的火箭，前往距离地球最近的宜居行星半人马座Proxima b也需要数千年的时间。现在，研究人员在ACS的Nano Letters中计算出，地球上的低功率激光器可以发射和操纵装有硅或氮化硼帆的小型探测器，将其推进到比火箭发动机快得多的速度。

“激光帆”不像船上的帆那样捕捉风，而是捕捉激光束，原则上可以将航天器推到接近光速的速度。科学家们研究这个概念已经有一段时间了。例如，一个名为“突破星火计划”的私人资助项目旨在向半人马座近邻b发射一枚重量约为1克的小型航行探测器，飞行时间仅为20年。它将被一个100GW、平方公里的激光阵列推进到光速的20%。Ho Ting Tung和Artur Davoyan想知道，功率低得多、更小的激光阵列是否可以应用于现在使用传统电力和化学火箭的应用中。有一天，这些激光器可能能够在发射后调整卫星的轨道，或推动微小的航行探测器执行星际或星际任务，而不需要大量燃料。

研究人员进行了计算，结果表明，即使是功率约为100千瓦、阵列尺寸约为1米的激光器，也能以远远超过当前记录的速度为1克探针提供能量，而激光照射时间仅为几分钟到几小时。根据他们的计算，激光可以在一天内在不同的地球轨道之间操纵小型探测器，这在目前的电子和化学火箭上是不可能的。该团队确定，激光帆的最佳材料是纳米级结构的氮化硅和氮化硼，可以实现高反射率和快速冷却。最后，研究人员计算出，这些微小的激光推进探测器的速度足以逃离太阳系，达到新地平线探测器的5倍。研究人员说，这些由低功率激光驱动的原型飞船可能为快速太空探索和未来的星际飞行铺平道路。

作者感谢NASA、空军科学研究办公室、加州大学洛杉矶分校和赫尔曼研究员协会的资助。