Fotonik kristaller tam olarak Breakthrough Starshot’ın aradığı şey olabilir

Hafif yelken teknolojisi büyüleyici bir kavramdır ve roket itişinde bir adım değişikliktir. Satürn V, Uzay Mekiği veya yeni Starship roketi gibi büyük ve etkileyici olmayabilir, ancak konu yıldızlar arasında yolculuk yapmak olduğunda hafif yelkenler tam da çözüm olabilir. Ve yelkenleri inşa etmek için bundan daha iyi bir malzeme var mı ki, bunu tekrar tekrar söylemek istememi sağlıyor: fotonik kristaller. Kulağa bir “Star Trek” bölümünden fırlamış gibi geliyor ama yeni bir makale bunların fizibilitesini inceliyor.

Hafif yelkenlerin konsepti aslında oldukça basittir. Rüzgarın gücünü kontrol eden bir gemiye bağlı kumaş yelken yerine, hafif yelkenler, uzay aracını evrende ilerletmek için ışığın gücünden yararlanıyor. Düşük seviyelerde itme kuvveti oluşturmak için lazer gibi güçlü bir ışık kaynağı tarafından yayılan fotonların basıncına güveniyorlar.

Buradaki fikir, ışık fotonlarının bir yüzeyden yansıdıklarında momentum taşıması ve bir kuvvet uygulamasıdır. Amatör astronomide güneşi gözlemlemek için yaygın olarak kullanılan Mylar gibi yansıtıcı malzemeden yapılmış büyük, süper ince yelkenlerin konuşlandırılmasıyla, uzay aracı yavaşça hızlanarak ama sonunda şaşırtıcı hızlara ulaşacak şekilde itilebilir.

Hafif yelkenler bir uzay gemisini yerden kaldırıp yörüngeye oturtamasa da, uzayda konuşlandırıldıktan sonra uzun yavaş hızlanma, uzayda seyahat etmenin çok etkili bir yoludur. Bu sadece bilim kurgu değil, Starshot Breakthrough projesi, insanları bir insan ömrü boyunca 4,3 ışıkyılı uzaklıktaki Proxima Centauri’ye gönderecek bir uzay aracı geliştirme alanında lider haline geldi.

Son zamanlarda bir makale yayınlanan üzerinde arXiv Jin Chang liderliğindeki bir ekip tarafından yürütülen ön baskı sunucusu, nano üretilmiş fotonik kristaller olarak bilinen, hafif yelkenler için yeni bir malzemenin olasılığını araştırıyor. Bu kristaller, kırılma indisinin periyodik olarak değiştiği optik nanoyapılardır (mikroskobik ve moleküler ölçekler arasında). Bunlar hayvanlar aleminde doğada, örneğin kedi ve köpek gözlerinin yansıtıcı doğasında meydana gelir.

Ekip, ince bir silikon membrana sahip bir silikon nitrür fotonik kristalinin, hafif yelkenler için gerekli olan 1300 nm ila 1500 nm dalga boylarında yüksek yansıma seviyelerine nasıl ulaşabileceğini gösteriyor. Yelkenlerdeki potansiyel, birkaç metreye kadar ölçeklenebilen üretim teknikleriyle önemlidir; bu, yavaş yavaş olmasa da nihayet insanları galaksinin öbür ucuna göndermeye zemin hazırlayabilir.