Bilim dünyasında yeni adım: Işık yardımıyla uzay uçuşları test edildi

Pensilvanya Üniversitesi, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü ve Kaliforniya Üniversitesi (Los Angeles) mühendisleri, teorik fizikteki lazeri kullanarak yıldızlararası uçuşlar konseptini pratikte test ettiler. Nature Communications dergisinde yayımlanan araştırma sonuçlarına göre bilim insanları, yüksek yansıtma kabiliyeti ve verimli ısı yayma özelliğine sahip nanolaminat ışık yelkeni prototipini geliştirdiler. Bu başarı; minimum kütle, optik verimlilik ve yüksek termal kararlılık arasındaki çelişkili sorunları başarıyla çözdü. Bu konuda Ixbt.com haber veriyor.

Günümüz modern kimyasal roketleri yardımıyla Dünya'ya en yakın olan Alpha Centauri yıldız sistemine ulaşmak için 75 bin ila 165 bin yıl arasında bir zaman gerekmektedir. Ancak Breakthrough Starshot girişimi tamamen farklı bir yaklaşım sunuyor: Enerji kaynağını Dünya'da bırakarak, 100 gigawatt gücündeki lazer dizisi yardımıyla ağırlığı yaklaşık 1 gram gelen bir mikrozu harekete geçirmek öngörülüyor. Bu foton akımı, cihazı ışık hızının beşte birine (saniyede yaklaşık 60 bin kilometre) sadece 7 dakikada ulaştırarak uçuş süresini 20 yıla kadar kısaltabilir.

Zor fiziksel sınırlamaların çözümü

ixbt.com verilerine göre, bundan önce gigawatt'lık lazer gücüne dayanabilecek bir malzeme mevcut değildi. Çok ince film, lazer ışınlarının küçük bir kısmını yuttuğunda bile hemen eriyor veya güçlü basınç altında yırtılıp kalıyordu. Bu fiziksel sınırlamayı aşmak için mühendisler, her katmanı belirli bir görevi yerine getiren üç katmanlı bir yapı geliştirdiler. Yelkenin tabanı, kızılötesi ışınları iyi yansıtan molibden disülfürden (MoS2) oluşmakte olup, iki katmanlı alüminyum oksit (Al2O3) arasına yerleştirilmiştir.

Yeni yapı sadece iç katmanı korumakla kalmıyor, aynı zamanda aşırı ısınmayı önleyerek fazla ısıyı bir radyatör gibi uzaya yayıyor. Ayrıca mekanik dayanıklılığı sağlamak amacıyla bilim insanları heksagonal oluk yöntemini kullandılar. Kozalak şeklindeki mikroskobik desenler, malzemenin ağırlığını artırmadan bükülmeye karşı dayanıklılığını birkaç kez artırdı ve oluşabilecek mikro çatlakların yayılmasını engelledi.

Pratik sonuçlar ve beklentiler

Laboratuvar test sonuçları, geliştirilen prototiplerin ağırlığının bir metrekare için 1 gramdan bile az olduğunu, bunun da normal kağıttan yaklaşık 100 kat daha hafif olduğu anlamına geldiğini gösterdi. Söz konusu ışık yelkeni, gelen lazer ışınımının yüzde 50'sinden fazlasını yansıtarak sadece yüzde 4'ünden azını yutuyor ve ışığı kinetik enerjiye verimli bir şekilde dönüştürüyor. Günümüzde bu prototip, boyutları açısından aşırı hız hedeflerine ulaşabilen tek malzeme sayılmaktadır.

Gelecekte uzmanlar, termal kararlılığı daha da artırmayı, üretim hacmini genişletmeyi ve mekanik kararlılık sorunlarını çözmeyi planlıyorlar. Özellikle amor alüminyum oksidi kristal safire dönüştürmek, yüzey mikro yapıları aracılığıyla ısı yayılımını iyileştirmek ve rulo nanolitografi yöntemlerini uygulamak öngörülüyor. Bu ise gelecekte sadece yıldızlararası araştırmaları gerçekleştirmeyi değil, aynı zamanda Jüpiter'e sadece 4 günde varan sondalar fırlatmayı da mümkün kılacaktır.