Alpha Centauri'ye ışığın gücüyle 20 yılda ulaşılabilir

Araştırmacılar ilk kez, yakıtsız ve lazer ışınını şekillendirmeden, gerçek 3 boyutlu kontrole sahip bir hafif motor geliştirdiler.

Günümüzün roket teknolojisiyle en yakın yıldız sistemi olan Alpha Centauri'ye yolculuk yüzbinlerce yıl sürecektir. Eğer insanlık Star Trek, Star Wars veya benzeri filmlerdeki modellerini taklit edip uzaya yolculuk yapmak istiyorsa muhtemelen başka motorlar icat etmek zorunda kalacak.

Texas A&M Üniversitesi'ndeki araştırmacıların yapmaya çalıştığı da tam olarak bu: Nesnelerin herhangi bir fiziksel temas olmadan lazer kullanılarak kaldırılıp farklı yönlere yönlendirilebileceği bir yaklaşım sundular.

Gelişmiş Nanofotonik Laboratuvarı müdürü Shoufeng Lan liderliğindeki ekibin bir üniversite basın bülteninde açıkladığı gibi, ışık “masa üzerinde seken bir pinpon topu gibi” davranıyor ve nesneye küçük ama ölçülebilir bir kuvvet aktarıyor.

Ekip, sonuçları *Newton* bilimsel dergisinde “Optik itiş ve metajetin havaya kaldırılması” başlığı altında yayınladı.

Interesting Engineering'in bildirdiği gibi bu, bir optik tahrik sisteminde tam üç boyutlu manevra kabiliyetinin ilk gösterimidir.

Şekillendirilmiş lazer ışınları yerine nano desenler

Sistemin özelliği, meta yüzeyler olarak adlandırılan, üzerine nanometrik boyutlu desenlerin kazındığı ultra ince malzemelerdir. Bir merceğe benzer şekilde bu yapılar, kendilerine çarpan ışığın davranışını etkiler.

Bilim insanları, modelleri şekil, yönelim ve konum açısından hassas bir şekilde tasarlayarak, fotonların momentumlarını nesneye nasıl aktardığını kontrol ettiler.

Bu, yaklaşımı 2016 yılında duyurulan Breakthrough Starshot projesi gibi önceki lazer yelken konseptlerinden temelde farklı kılıyor. Bu durumda lazer ışınının kendisinin bir yelkeni çalıştıracak şekilde şekillendirilmesi gerekecek.

Ancak Metajets'te kontrol doğrudan malzemeye entegre edilmiştir. Araştırmacılara göre bu, daha esnek kuvvet üretimine ve daha iyi ölçeklenebilirliğe olanak sağlıyor.

Meta yüzeyler, Texas A&M'deki AggieFab Nanofabrikasyon Tesisinde nanometre hassasiyetiyle üretildi. Bu tür yapılara yönelik tipik malzemeler arasında optik rezonans özellikleriyle karakterize edilen titanyum dioksit (TiO₂) ve tungsten yer alır.

Ekip, yerçekiminin etkisini telafi etmek için yalnızca birkaç mikrometre (insan saçından daha ince) ölçen bileşenleri sıvı bir ortamda test etti.

Ölçeklenebilirlik en büyük zorluktur

Uzay yolculuğunda olası bir uygulama için ölçeklenebilirlik sorunu çok önemlidir. Üretilen kuvvet, bileşenin boyutuna değil, lazerin gücüne bağlıdır.

Teorik olarak aynı prensipler daha büyük sistemlere de aktarılabilir. Bununla birlikte, bir uzay aracı megawatt aralığında ve ötesinde lazer gücüne ihtiyaç duyacaktır.

Karşılaştırma için: Yaklaşık 100 megawatt gücünde bir dizi yere konuşlu lazer içeren planlanan devrim niteliğindeki Starshot, Mark Zuckerberg dahil olmak üzere ilk 100 milyon dolarlık finansmana rağmen finansman sorunları nedeniyle başarısız oldu.

Planetary Society'nin 2019'daki LightSail 2 misyonu, hafif, yakıtsız itiş gücünün prensipte uzayda çalıştığını gösterdi.

Lazer güdümlü grafen aerojelleri içeren paralel bir ESA projesi de yakın zamanda umut verici sonuçlar verdi: mikro yerçekiminde, aerojel küpleri yalnızca 30 milisaniyede saniyede 1,7 metrelik en yüksek hızlara ulaştı; bu, Dünya'nın yerçekimi altındaki testlerle karşılaştırıldığında yaklaşık 50 kat performans artışı sağladı.

Yakındaki yıldıza giden uzun yol

Texas A&M ekibi şu anda metajetleri uzaydaki mikro yerçekimi koşullarında test etmek için dış finansman arıyor.

Gerçek bir yıldızlararası görev olan Alpha Centauri'ye yaklaşık 20 yıl içinde yapılacak 4,37 ışıkyılı yolculuğun gerçekleşmesi için araştırmacıların hâlâ kat etmesi gereken uzun bir yol var. Ancak hafif malzeme bazlı tahrik kullanılarak ilk kez gösterilen 3 boyutlu kontrol, önceki yaklaşımlara göre kayda değer bir ilerlemeye işaret ediyor.