प्रकाश-संचालित 'मेटाजेट्स' सूक्ष्म उड़ान को नियंत्रित करने के नए तरीके का संकेत देते हैं

ईंधन के बजाय प्रकाश पर आधारित एक प्रणोदन अवधारणा

टेक्सास ए एंड एम विश्वविद्यालय के शोधकर्ता एक ऐसे विचार को आगे बढ़ा रहे हैं जो विज्ञान-कथा जैसा लगता है, लेकिन एक परिचित भौतिक सिद्धांत पर आधारित है: प्रकाश संवेग वहन करता है, यानी वह पदार्थ पर बल डाल सकता है। हाल ही में रिपोर्ट किए गए एक प्रयोग में, टीम का कहना है कि उसने केवल लेज़र रोशनी का उपयोग करके, बिना मोटर, ईंधन या भौतिक संपर्क के, सूक्ष्म उपकरणों को उठाने और दिशा देने के लिए इसी दबाव का इस्तेमाल किया।

यह काम “मेटाजेट्स” कहलाने वाली संरचनाओं पर केंद्रित है, जो मेटासर्फ़ेस से बनी छोटी डिवाइसें हैं। ये अल्ट्राथिन सामग्री होती हैं, जिन पर नैनोस्केल विशेषताओं के पैटर्न बनाए जाते हैं, ताकि आने वाले प्रकाश को अत्यंत नियंत्रित तरीकों से मोड़ा जा सके। जब प्रकाश मुड़ता या बिखरता है, तो संवेग स्थानांतरित होता है, जिससे वस्तु पर बराबर और विपरीत बल पैदा होता है। इस तरह, संरचना अपनी सतह की ज्यामिति को एक steering और propulsion तंत्र में बदल देती है।

बताया गया है कि निष्कर्ष Newton में प्रकाशित हुए। यद्यपि यह प्रयोग सूक्ष्म स्तर पर हुआ, शोधकर्ताओं का तर्क है कि वही मूलभूत भौतिकी अंततः उन्नत अंतरिक्ष यान प्रणोदन के रूपों को दिशा दे सकती है। यही इस कार्य के पीछे की दीर्घकालिक दृष्टि है, हालांकि तात्कालिक उपलब्धि कहीं अधिक मामूली और ठोस है: केवल प्रकाश से छोटे वस्तुओं की नियंत्रित गति।

असली चुनौती नियंत्रण की है

प्रकाश-आधारित प्रणोदन की धारणा नई नहीं है। वैज्ञानिक एक शताब्दी से अधिक समय से विकिरण दाब को समझते आए हैं, और NASA तथा JAXA जैसी एजेंसियाँ पहले ही सौर-पतंग अंतरिक्ष यान उड़ा चुकी हैं जो हल्के, निरंतर thrust के लिए सूर्यप्रकाश का उपयोग करते हैं। कठिन समस्या कभी केवल बल उत्पन्न करना नहीं रही। कठिनाई रही है बल उत्पन्न करते हुए स्थिरता और दिशा-नियंत्रण बनाए रखना।

यह चुनौती उच्च गति या लंबी दूरी पर और भी गंभीर हो जाती है। ऐसा प्रकाश-संचालित यान जिसे steer या stabilize न किया जा सके, उसका उपयोग सीमित होगा। बहुत मामूली विचलन भी अंतरग्रहीय या अंतरतारकीय यात्रा के दौरान बहुत बड़े हो सकते हैं। मेटाजेट्स का वादा यह है कि वे यांत्रिक प्रणालियों या onboard propellant के बजाय engineered optical response के माध्यम से thrust और control दोनों को आकार देने का तरीका दे सकते हैं।

कार्य के वर्णन के अनुसार, शोधकर्ताओं ने इन छोटे उपकरणों को कई दिशाओं में सफलतापूर्वक उठाया और नियंत्रित किया। यही बहु-दिशात्मक maneuvering इस प्रयोग को एक साधारण धक्का से अलग बनाता है। यह संकेत देता है कि सतह पैटर्न को रोशनी के तहत अनुकूलित बल प्रतिक्रियाएँ पैदा करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, जिससे डिवाइस केवल चलने योग्य ही नहीं बल्कि नियंत्रित भी बनती है।

सूक्ष्म उपकरणों से गहरे अंतरिक्ष की अटकलों तक

सूक्ष्म प्रदर्शनों से भविष्य के अंतरिक्ष यान तक की छलांग अभी भी बहुत बड़ी है। लेख का अंतरतारकीय संदर्भ स्पष्ट रूप से आकांक्षात्मक है, परिचालनात्मक नहीं। किसी को भी प्रयोगशाला-स्तर के परिणाम को निकट-भविष्य की परिवहन प्रणाली नहीं समझना चाहिए। फिर भी, प्रारंभिक चरण का प्रणोदन शोध इसलिए महत्वपूर्ण होता है क्योंकि वह भविष्य के इंजीनियरों के लिए उपलब्ध भौतिक रूप से संभव नियंत्रण विधियों के दायरे को बढ़ाता है।

एक निकट-भविष्य की तकनीकी संभावना भी है। यदि मेटासर्फ़ेस-आधारित प्रकाश नियंत्रण छोटे वस्तुओं पर अनुमानित बल उत्पन्न कर सकता है, तो इस अवधारणा के अंतरिक्ष यानों से परे भी उपयोग हो सकते हैं। माइक्रोमैन्युफैक्चरिंग, ऑप्टिकली गाइडेड रोबोटिक्स और contactless manipulation वे क्षेत्र हैं जहाँ छोटे पैमाने पर सटीक गति मूल्यवान है। भले ही अंतरिक्ष-उड़ान की दृष्टि दूर हो, ऑप्टिकल इंजीनियरिंग को अधिक तात्कालिक उपयोग मिल सकता है।

यह प्रयोग रेखांकित करता है कि आधुनिक सामग्री विज्ञान में संरचना, केवल संघटन से अधिक, कितना मायने रखती है। मेटासर्फ़ेस काम करते हैं क्योंकि उनकी patterned geometry विद्युतचुंबकीय तरंगों को ऐसे तरीके से संचालित करती है जो bulk materials नहीं कर सकते। यही डिज़ाइन स्वतंत्रता सतहों को सक्रिय optical tools में बदल रही है, जो फ़िल्टर, फ़ोकस, पुनर्निर्देशन और अब संभावित रूप से प्रणोदन भी कर सकती हैं।

अंतरिक्ष क्षेत्र के लिए इसका आकर्षण साफ़ है। हर प्रणोदन प्रणाली उस द्रव्यमान से सीमित होती है जिसे उसे साथ ले जाना होता है, विशेष रूप से ईंधन। यदि कोई विधि onboard propellant के बजाय externally supplied light पर निर्भर हो, तो वह द्रव्यमान के समीकरण को पूरी तरह बदल सकती है। सौर-पतंगें पहले ही उस दिशा की ओर इशारा करती हैं; मेटाजेट्स अधिक सूक्ष्म steering और संभवतः अधिक संवेदनशील नियंत्रण की ओर रास्ता सुझाते हैं।

महत्वपूर्ण चेतावनी पैमाने की है। Radiation pressure कमज़ोर है, और इसे उपयोगी बनाने के लिए या तो लंबी अवधि, तीव्र प्रकाश, बहुत छोटे द्रव्यमान या इन तीनों की आवश्यकता होती है। यही कारण है कि वर्तमान कार्य लेज़र प्रकाश के तहत सूक्ष्म संरचनाओं पर केंद्रित है। इन प्रभावों को बड़े सिस्टम में बदलने के लिए सामग्री, beam control और mission architecture में बड़े सुधार चाहिए होंगे।

फिर भी, यह परिणाम देखने लायक है क्योंकि यह एक शास्त्रीय विचार को आधुनिक materials platform के माध्यम से नए तरीके से प्रस्तुत करता है। प्रकाश-दाब को एक blunt instrument मानने के बजाय, metajet दृष्टिकोण इसे programmable चीज़ के रूप में देखता है। यदि यह सिद्धांत प्रयोगात्मक रूप से आगे भी टिकता है, तो यह optical motion systems की एक नई श्रेणी खोल सकता है, जिनकी पहली सफलताएँ प्रयोगशाला में होंगी और जिनके सबसे महत्वाकांक्षी उपयोग गहरे अंतरिक्ष में होंगे।

यह लेख New Atlas की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.