प्रकाश-चालित 'मेटाजेट्स' सूक्ष्म उड्डाण नियंत्रित करण्याचा नवा मार्ग सूचित करतात

इंधनाऐवजी प्रकाशावर आधारलेली propulsion संकल्पना

Texas A&M University मधील संशोधक विज्ञानकथेप्रमाणे वाटणारी, पण परिचित भौतिक तत्त्वावर आधारलेली एक कल्पना पुढे नेत आहेत: प्रकाश momentum वाहून नेतो, म्हणजे तो पदार्थावर बल लागू करू शकतो. अलीकडे नोंदवलेल्या एका प्रयोगात, संघाने motor, fuel किंवा physical contact शिवाय केवळ laser illumination वापरून सूक्ष्म उपकरणे उचलण्यासाठी आणि वळवण्यासाठी त्या दाबाचा वापर केल्याचे सांगितले आहे.

हे काम “metajets” म्हणविण्यात येणाऱ्या संरचनांभोवती केंद्रित आहे; या metasurfaces पासून बनवलेल्या लहान उपकरणा आहेत. या अतिशय पातळ सामग्रींवर nanoscale वैशिष्ट्यांचे pattern असते, ज्यामुळे incoming light अतिशय नियंत्रित पद्धतीने वळवता येते. प्रकाश वाकला किंवा विखुरला गेला की momentum हस्तांतरित होतो, आणि त्यामुळे वस्तूवर समान आणि विरुद्ध बल तयार होते. प्रत्यक्षात, ही रचना आपल्या surface geometry ला steering आणि propulsion mechanism मध्ये रूपांतरित करते.

या निष्कर्षांचे Newton मध्ये प्रकाशन झाल्याचे सांगितले गेले. प्रयोग microscopic पातळीवर झाला असला तरी, त्याच मूलभूत भौतिकशास्त्राचा वापर भविष्यात advanced spacecraft propulsion साठी होऊ शकतो, असा संशोधकांचा युक्तिवाद आहे. हाच या कामामागील दीर्घकालीन दृष्टिकोन आहे; मात्र तात्काळ साध्य झालेले यश अधिक लहान आणि ठोस आहे: फक्त प्रकाशाच्या साहाय्याने लहान वस्तूंची नियंत्रित हालचाल.

खरी आव्हान control आहे

प्रकाशाधारित propulsion ही संकल्पना नवी नाही. शास्त्रज्ञांना radiation pressure एक शतकाहून अधिक काळ ज्ञात आहे, आणि NASA तसेच JAXA सारख्या संस्थांनीही सूर्यप्रकाशाचा हलका, सतत thrust साठी वापर करणारी solar-sail spacecraft आधीच उड्डाणात पाठवली आहेत. कठीण प्रश्न कधीच फक्त बल निर्माण करण्याचा नव्हता. बल निर्माण करताना stability आणि directional control राखण्याचा तो होता.

हा प्रश्न उच्च वेगात किंवा लांब अंतरावर आणखी गंभीर होतो. steer किंवा stabilize करता न येणारे light-propelled craft मर्यादित उपयोगाचे ठरतील. थोडेसे विचलनही interplanetary किंवा interstellar प्रवासात मोठ्या प्रमाणात वाढू शकते. metajets चे आश्वासन असे आहे की mechanical systems किंवा onboard propellant ऐवजी engineered optical response वापरून thrust आणि control दोन्ही घडवण्याचा मार्ग ते देऊ शकतात.

कामाच्या वर्णनानुसार, संशोधकांनी ही छोटी उपकरणे अनेक दिशांनी यशस्वीरित्या उचलली आणि वळवली. हे multi-directional maneuveringच प्रयोगाला साध्या push पेक्षा वेगळे करते. यावरून असे सूचित होते की surface pattern illumination खाली tailored force responses निर्माण करण्यासाठी डिझाइन करता येतो, ज्यामुळे उपकरण केवळ हलवता येण्यासारखे नव्हे तर नियंत्रितही होते.

सूक्ष्म उपकरणांपासून deep-space speculation पर्यंत

microscopic demonstrations पासून भविष्यातील spacecraft पर्यंतचा उडी अजूनही खूप मोठा आहे. लेखातील interstellar framing स्पष्टपणे aspirational आहे, operational नाही. प्रयोगशाळा-स्तरीय निकाल जवळच्या काळातील transport system समजणे योग्य ठरणार नाही. तरीही प्रारंभिक propulsion research महत्त्वाचे असते, कारण ते भावी अभियंत्यांसाठी physically plausible control methods ची व्याप्ती वाढवते.

एक जवळचा तांत्रिक अर्थही आहे. metasurface-आधारित light control लहान वस्तूंवर अनुमानित बल निर्माण करू शकत असेल, तर ही संकल्पना spacecraft पुरती मर्यादित राहणार नाही. micromanufacturing, optically guided robotics आणि contactless manipulation अशी क्षेत्रे आहेत जिथे लहान स्तरावर अचूक हालचाल महत्त्वाची आहे. spaceflight vision दूर असली तरी optical engineering ला अधिक तत्काळ उपयोग मिळू शकतो.

हा प्रयोग आधुनिक materials science मध्ये composition पेक्षा structure किती महत्त्वाचे आहे हे अधोरेखित करतो. metasurfaces कार्य करतात कारण त्यांची patterned geometry electromagnetic waves ला bulk materials करू शकत नाहीत अशा प्रकारे हाताळते. या design freedom मुळे surfaces active optical tools मध्ये रूपांतरित होत आहेत, जे filtering, focusing, redirecting आणि आता संभाव्यतः propulsion देखील करू शकतात.

space sector साठी याचे आकर्षण स्पष्ट आहे. प्रत्येक propulsion system ला वाहून न्याव्या लागणाऱ्या mass ने, विशेषतः fuel ने, मर्यादित केलेले असते. onboard propellant ऐवजी externally supplied light वर अवलंबून असलेली पद्धत mass equation पूर्णपणे बदलू शकते. solar sails आधीच त्या दिशेकडे निर्देश करतात; metajets अधिक सूक्ष्म steering आणि कदाचित अधिक responsive control कडे जाणारा मार्ग सूचित करतात.

महत्त्वाची अट scale ची आहे. radiation pressure कमकुवत आहे, आणि ते उपयुक्त बनवण्यासाठी दीर्घ कालावधी, तीव्र प्रकाश, अतिशय कमी mass किंवा हे तिघेही लागतात. म्हणूनच सध्याचे काम laser illumination खाली microscopic structures वर केंद्रित आहे. हे परिणाम मोठ्या प्रणालींमध्ये रूपांतरित करायचे असतील तर materials, beam control आणि mission architecture मध्ये मोठी प्रगती आवश्यक असेल.

तरीही, हा परिणाम लक्षवेधी आहे, कारण तो एका पारंपरिक संकल्पनेला आधुनिक materials platform द्वारे नव्या स्वरूपात मांडतो. प्रकाशदाबाला blunt instrument मानण्याऐवजी, metajet approach त्याला programmable गोष्ट मानते. जर हे तत्त्व प्रयोगांमध्ये टिकून राहिले, तर optical motion systems ची एक नवी श्रेणी उघडू शकते, ज्यांची पहिली यशे प्रयोगशाळेत होतील आणि ज्यांचे सर्वात महत्त्वाकांक्षी उपयोग deep space मध्ये राहतील.

हा लेख New Atlas च्या वार्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.