幾個世紀以來，人們一直夢想著在光之風的帶動下高速穿越浩瀚的太空海洋。
儘管這個想法聽起來很異想天開，但僅使用光子的衝擊力將反射帆慢慢推向光速，這可能是我們在人類一生中到達另一顆恆星的唯一合理機會。
說起來容易做起來難。光粒子可能很快，但它們的推力並不大。如果你製造出足夠輕的帆來感受輻射的慣性，那麼持續不斷的光子彈幕可能會在不經意間損壞它的材料。
在如此漫長的旅程中製造出能夠承受威脅航天器的危險的帆將需要一些巧妙的解決方案；也許是最近發表在《奈米快報》雜誌上的兩項研究中提出的解決方案。
作為突破性攝星計劃的一部分，這些創新由美國賓夕法尼亞大學和加利福尼亞大學洛杉磯分校的工程師設計，旨在找到一種方法來平衡星際飛船所需的耐用性和質量。
賓夕法尼亞大學的機械工程師伊戈爾·巴爾加廷說： “輕型帆的想法已經存在了一段時間，但我們現在正在研究如何確保這些設計能夠在旅途中倖存下來。”
就像空氣粒子撞擊由布製成的帆一樣，輻射波與它們撞擊的任何物體交換動量。與空氣分子、光子或輕分子不同，它們沒有任何靜止質量，因此它們施加的任何力都會很小。
例如，當您曬日光浴時從您的身體反射回來的光的強度 大致相當於大約千分之一克。
有幾種方法可以增強這種壓力以使物體移動。一是做一個更大的帆，可以捕捉更多的光。另一種方法是使照射到它的光更強烈，例如，透過將大量鐳射對準它。
但這裡存在一些問題。更大的帆意味著更大的質量。修剪質量會使其更容易推動，但可能會降低其堅固性，從而使帆面臨撕裂的風險。
更多的光線也會帶來一些問題。例如，隨著帆的加速，撞擊它的輻射波長似乎會緩慢地移向彩虹的紅色一端，從而限制了不會吸收過多紅外線和過熱的材料種類。
尋找合適的材料來使風帆堅固、輕便，並且能夠處理千兆瓦拉伸鐳射產生的熱量，這一直是之前研究的主題。但沒有人真正關注在加速飛行器所需的特定距離內保持低吸收和高動量之間的權衡。
在這個最新的建議中，工程師們建議用由二硫化鉬和氮化矽化合物組成的兩層製成帆，這兩種化合物都可以製成片材，並具有在拉伸時平衡光的最小吸收和發射的各種光學特性出去。
第二篇論文不是從材料的角度解決了這個問題，而是從結構的角度來處理鐳射陣列將施加的增加的光子壓力的應變。
彎曲帆可以提高穩定性，就像在降落傘中所做的那樣，但正如該研究的作者所指出的那樣，很少有人研究輕壓力會對這種結構施加的應力。
在平方米的尺度上模擬一個圓形的、球形彎曲的帆——一個可以拖曳幾克有效載荷的帆——該團隊證明了足夠的曲率絕對是要走的路。
與另一項研究類似，研究人員還修補了加速時間的差異，以找到機械和熱應力以及行程時間的正確平衡。
理想情況下，Breakthrough Starshot 正在尋求使一艘船足夠輕，使其可以達到光速 20% 左右的速度。足以在短短几十年內覆蓋到比鄰星的 4.2 光年。
需要注意的是，這項技術可能永遠無法運送乘客。在一段時間內，這仍將是科幻小說的素材。
但它可能會讓我們近距離觀察一個 在我們有生之年不屬於我們自己的行星系統。
