带有数十亿个小孔的超薄光帆，可实现高速太空旅行

这个200纳米薄的原型是一个60毫米乘60毫米的正方形，上面有数十亿个小孔。

代尔夫特理工大学和布朗大学的研究人员设计出了可伸缩的光帆，一种由激光辐射压力推动的超薄反射器，用于高速旅行。

光帆代表了一种独特的纳米技术，专注于纳米级（人类头发厚度的1/1000）的极端薄度，同时实现大规模的薄片尺寸。

这个200纳米薄的原型是一个60毫米乘60毫米的正方形，上面有数十亿个小孔。如果按比例缩放，这个光帆将非常大（相当于七个足球场），同时保持极薄（只有一毫米）。

“这不仅仅是让事情变得更小的又一步；这是一种思考纳米技术的全新方式。”代尔夫特理工大学副教授理查德·诺特（Richard Norte）说：“我们正在创造高纵横比的设备，它比以前设计的任何设备都要薄，但跨度类似于大型结构。”

利用激光的力量

这种光帆的特别之处在于同时结合了大规模和纳米级精度，使其既轻便又具有高反射性。

他们利用神经拓扑优化技术为风帆生成最佳结构设计。

此外，一种新的基于气体的蚀刻工艺被创造出来，可以选择性地去除帆结构下的材料，只留下所需的超薄膜。

“我们开发了一种新的基于气体的蚀刻技术，使我们能够精细地去除帆下的材料，只留下帆。如果船帆破裂，很可能是在制造过程中。一旦帆被悬挂起来，它们实际上是非常坚固的。这些技术是代尔夫特理工大学独特开发的，”理查德·诺特补充道。

这些新开发的光帆旨在利用激光驱动的辐射压力来实现令人难以置信的高速。

与标准的化学火箭相比，这种推进方法提供了更快的太空旅行的潜力。

为了说明这种可能性，研究人员认为，原则上，配备这些光帆的探测器可以在与国际邮件递送时间相当的时间内到达火星。

此外，目前的火箭技术需要1万年才能到达最近的恒星，但光帆技术可以大幅减少到20年。

光帆技术对物理学也有好处

尽管用光帆进行星际旅行是未来的梦想，但目前的研究表明，它们可以被推进到微小的皮米距离。

理查德·诺特的团队目前正在进行实验，以证明在厘米距离内抵抗地球引力的运动。

诺特补充说：“这听起来可能不多，但这将是迄今为止用激光推动的任何东西的100亿倍。”

光帆技术还可以为物理实验创造新的途径。例如，它可以用以前不可能的方式来研究光-物质相互作用和相对论物理。

“在某些方面，我认为这可能和太阳系外的任务一样令人兴奋。对我来说，最了不起的是创造这些薄的光学材料可以打开一扇窗来研究一些基本问题，比如；我们能让物体加速多快。这个问题背后的纳米技术肯定会为有趣的研究开辟新的途径，”诺特尔在新闻发布会上说。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。

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