1977’de Voyager 1, güneş sistemini terk eden ilk insan yapımı nesne oldu. Ancak mevcut hızlarla en yakın yıldız sistemi olan Alpha Centauri’ye ulaşmak 70.000 yıldan fazla zaman alacaktır. Hafif yelkenlerin kullanımına dayanan yeni teknoloji, yıldızlararası yolculuk sürecini önemli ölçüde hızlandırabilir.
Hafif yelken, bir uzay aracının önüne yerleştirilen ve aracı hareket ettirmek için güneş ışığı veya lazer ışığı kullanan büyük, yansıtıcı bir yüzeydir. Teorik olarak bu, ışık hızının %10 ila %20’si kadar hızlara ulaşmayı mümkün kılarak 20 ila 30 yıl içinde Alpha Centauri’ye ulaşmayı mümkün kılabilir.
Ancak bunu mümkün kılacak kadar yansıtıcı ve hafif malzemeler yaratmak büyük bir zorluktu. Hollanda’daki Delft Üniversitesi’nden ve ABD’deki Brown Üniversitesi’nden araştırmacılar, bu fikri gerçeğe dönüştürebilecek nanometre kalınlığında bir silikon nitrür tabakası oluşturmak için sinir topolojisi optimizasyonu adı verilen bir yapay zeka teknolojisini kullandı.
Ekip arXiv’de yayınlanan bir ön baskıda şöyle yazdı: “Bu görev, nanoteknolojinin temellerine meydan okuyan, optik, malzeme bilimi ve yapı mühendisliğinde yenilikler gerektiren hafif yelken malzemeleri gerektiriyor.”
Araştırmacıların yöntemi, Breakthrough Initiatives tarafından 2016 yılında başlatılan Breakthrough Starshot projesinden ilham aldı. Starshot, 20 ila 30 yıl içinde Alpha Centauri’ye ulaşmak için hafif yelkenler ve yer tabanlı lazer kullanacak yaklaşık 1000 küçük uzay aracından oluşan bir filo tasarlamayı hedefliyor. Problar, vardıklarında verileri geri göndermek için kameralar ve diğer sensörleri taşıyacak.
Gerekli hızlara ulaşmak için uzay aracının inanılmaz derecede hafif olması gerekir; sondaların kendisi yalnızca santimetre çapında ve birkaç gram ağırlığında olmalıdır. Ancak yeterli ışığı toplamak için yelkenlerin alanının yaklaşık 100 feet kare (9,29 metrekare) olması gerekiyor, dolayısıyla ağırlıklarını azaltmak için yeni ultra hafif malzemelere ihtiyaç var.
Araştırmacılar, tekrarlanan küçük deliklerden oluşan “fotonik kristaller” adı verilen optik nanoyapılar oluşturmaya dayanan bir yaklaşım kullandılar. Bir malzemeye milyonlarca veya milyarlarca deliğin delinmesi, malzemenin ağırlığını önemli ölçüde azaltır, ancak bu tekrar eden yapılar aynı zamanda malzemenin yansıtıcılığını artırabilecek olağandışı optik etkiler de yaratır.
Ekip, kütleyi en aza indirmek ve yansımayı en üst düzeye çıkarmak için deliklerin en uygun konfigürasyonunu ve şeklini bulmak amacıyla sinir ağını daha geleneksel bir hesaplamalı fizik programıyla birleştirdi. Sonuç olarak, kalınlığı 200 nanometreden daha az olan fasulye şeklindeki deliklerden oluşan bir kafes ortaya çıkıyor.
Ekip, bir lazerin silikon nitrür levhada delikler oluşturmak için inanılmaz derecede ayrıntılı bir şablon kullandığı akış litografisini kullanarak, yalnızca birkaç mikrogram ağırlığında 5,5 inç karelik (35,53 santimetre kare) bir numune oluşturdu. Araştırmacılar bu yaklaşımın kolayca ölçeklendirilebileceğine inanıyor ve tam boyutlu bir yelken oluşturmanın yaklaşık bir gün süreceğini ve yaklaşık 2.700 dolara mal olacağını tahmin ediyor.
Liverpool Üniversitesi’nden Stefania Soldini, Breakthrough Starshot misyonunun başarılı olması için daha birçok mühendislik sorununun çözülmesi gerektiğini ancak hafif yelken üretmenin ucuz ve hızlı bir yolunun kritik önem taşıdığını belirtti.
NASA da bu yaklaşımı aktif olarak sürdürüyor. Ajans geçen hafta, bu yılın başlarında başlatılan Gelişmiş Kompozit Güneş Yelken Sistemi görev programının ilk kez yelken açmaya yakın olduğunu duyurdu. Eğer bu projeler başarılı olursa, belki de sadece birkaç yaşam sonra, ilk kez, Güneş sisteminin ötesindeki Evrenin yakından görüntüsünü görebileceğiz.