在星际航行中不会被撕裂的相对论“光帆”

[peter]

https://www.cnbeta.com/articles/science/1239339.htm 
使用纳米级的薄材料和强大的激光器阵列，这样的帆可以以五分之一的光速携带一个微芯片大小的探测器，其速度足以在大约20年内到达半人马座阿尔法星，而不是千年。

Bargatin说：“在我们有生之年到达另一颗恒星需要相对论速度，或接近光速的速度。光帆的想法已经存在了一段时间，但我们现在才弄清楚如何确保这些设计能在旅行中存活下来。”

该领域早期的大部分研究都假定，太阳将被动地提供光帆移动所需的所有能量。然而，Starshot的计划是使其帆达到相对论速度，这需要一个更集中的能量来源。一旦光帆进入轨道，一个大规模的地面激光器阵列将对其进行光束训练，提供比太阳大数百万倍的光强度。

鉴于激光器的目标将是一个三米宽的结构，其厚度只有一张纸的千分之一，如何防止帆的撕裂或熔化是一个重大的设计挑战。

Bargatin、Deep Jariwala（电气和系统工程系的副教授）和Aaswath Raman（加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院材料科学和工程系的助理教授）现在在《纳米通讯》杂志上发表了一对论文，概述了其中的一些基本规范。

由Bargatin领导的一篇论文表明，Starshot的光帆--建议由超薄的氧化铝和二硫化钼片构成--将需要像降落伞一样滚动，而不是像以前的大部分研究假设的那样保持平坦。



https://penntoday.upenn.edu/news/how-design-sail-wont-tear-or-melt-interstellar-voyage

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https://www.cnbeta.com/articles/science/1240039.htm

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https://technews.tw/2022/02/24/starshot-lightsail-alpha-centauri-starchip/ 

適合光帆的材料與形狀

而為了避免光帆在飛行途中因極限速度解體，研究人員思考了最適合的光帆形狀。由賓大（UPenn）機械工程與應用力學系 Igor Bargatin 領導的團隊，在新研究中介紹了打造星際光帆的最佳形狀，認為光帆應該像降落傘一樣具有曲線，而非一片平坦，否則高速飛行下承受的壓力會撕裂帆片。

另一篇由加州大學洛杉磯分校團隊提交的論文則探討什麼材料適合建造光帆、以及如何處理從地球發射時強大雷射脈衝產生的熱量。研究人員表示，光帆應由超薄的氧化鋁與銀黑色過渡金屬二硫化鉬（MoS₂）化合物製成。

此外，只要光帆吸收到一點熱能，都會在飛行過程被加熱至相當高的溫度，因此需想辦法提高光帆輻射熱量的能力。研究人員認為，可以將帆織物以小面積方形網格圖案綑綁在一起，最大化提高散熱能力。