ஒளி இயக்கும் 'மெட்டாஜெட்கள்' நுண்ணிய பறப்பை வழிநடத்தும் புதிய வழியை சுட்டிக்காட்டுகின்றன

எரிபொருளுக்கு பதிலாக ஒளியை அடிப்படையாகக் கொண்ட propulsion கருத்து

Texas A&M பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் அறிவியல் புனைகதை போலத் தோன்றினாலும் ஒரு பரிச்சயமான இயற்பியல் கொள்கையில் தங்கியுள்ள ஒரு யோசனையை முன்னேற்றுகிறார்கள்: ஒளி momentum-ஐ எடுத்துச் செல்கிறது, அதாவது அது பொருள்மீது விசை செலுத்த முடியும். சமீபத்தில் அறிக்கையிடப்பட்ட ஒரு பரிசோதனையில், குழு motor, fuel அல்லது physical contact இன்றி, லேசர் ஒளியைக் கொண்டே நுண்ணிய சாதனங்களை தூக்கவும் steer செய்யவும் அந்த அழுத்தத்தை பயன்படுத்தியதாக கூறுகிறது.

இந்த வேலை “metajets” என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் அழைக்கும் அமைப்புகளை மையமாகக் கொண்டது; இவை metasurfaces-இல் இருந்து உருவாக்கப்பட்ட சிறிய சாதனங்கள். இவை நானோ அளவிலான அம்சங்களால் வடிவமைக்கப்பட்ட மிக மெல்லிய பொருட்கள், வருகிற ஒளியை மிகக் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட முறைகளில் திருப்பிவிட முடியும். ஒளி வளைந்தாலோ சிதறினாலோ, momentum மாற்றப்படுகிறது, இதனால் பொருள்மீது சமமான மற்றும் எதிர்மறையான விசை உருவாகிறது. நடைமுறையில், இந்த அமைப்பு தனது மேற்பரப்பு geometry-ஐ steering மற்றும் propulsion mechanism-ஆக மாற்றுகிறது.

இந்த கண்டுபிடிப்புகள் Newton இதழில் வெளியிடப்பட்டதாக தெரிவிக்கப்பட்டது. பரிசோதனை microscopic அளவில் நடந்தாலும், அதே அடிப்படை இயற்பியல் இறுதியில் மேம்பட்ட spacecraft propulsion வடிவங்களுக்கு வழிகாட்டலாம் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் வாதிடுகின்றனர். அதுவே இந்தப் பணியின் நீண்டகால நோக்கம்; ஆனால் உடனடி சாதனை மிகச் சிறியது, ஆனால் தெளிவானது: ஒளியால் மட்டும் சிறிய பொருட்களின் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட இயக்கம்.

உண்மையான சவால் கட்டுப்பாடுதான்

ஒளி propulsion என்ற கருத்து புதியது அல்ல. விஞ்ஞானிகள் radiation pressure-ஐ ஒரு நூற்றாண்டுக்கும் மேலாகப் புரிந்துகொண்டுள்ளனர், மேலும் NASA மற்றும் JAXA போன்ற அமைப்புகள் சூரிய ஒளியைப் பயன்படுத்தி மென்மையான, தொடர்ந்து தள்ளும் thrust வழங்கும் solar-sail spacecraft-களை ஏற்கனவே பறக்கவிட்டுள்ளன. கடினமான பிரச்சினை வெறும் விசையை உருவாக்குவது அல்ல; விசை உருவாக்கும்போது நிலைத்தன்மை மற்றும் திசை கட்டுப்பாட்டை பராமரிப்பதுதான்.

அந்த சவால் அதிக வேகத்திலும் நீண்ட தூரங்களிலும் மேலும் கடுமையாகிறது. steer அல்லது stabilize செய்ய முடியாத ஒளி-இயக்க craft-க்கு பயன்பாடு குறைவாகத்தான் இருக்கும். சிறிய விலகல்கள்கூட interplanetary அல்லது interstellar பயணத்தின் போது பெரிய அளவில் அதிகரிக்கலாம். metajets-இன் வாக்குறுதி என்னவெனில், mechanical systems அல்லது onboard propellant இல்லாமல் engineered optical response மூலம் thrust-யும் control-யும் வடிவமைக்கும் வழியை அவை வழங்கலாம்.

பணியின் விளக்கத்தின் படி, ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்தச் சிறிய சாதனங்களை பல திசைகளில் வெற்றிகரமாக தூக்கியும் steer செய்தும் காட்டியுள்ளனர். அந்த multi-directional maneuvering தான் இந்தப் பரிசோதனையை ஒரு எளிய push-இல் இருந்து வேறுபடுத்துகிறது. surface pattern-ஐ ஒளி பெறும்போது தனிப்பயனாக்கப்பட்ட force responses உருவாக்கும்படி வடிவமைக்க முடியும் என்பதை இது சுட்டிக்காட்டுகிறது; இதனால் சாதனம் நகர்த்தக்கூடியதோடு controllable-ஆகவும் மாறுகிறது.

நுண்ணிய சாதனங்களிலிருந்து deep-space ஊகங்களுக்கு

microscopic demonstrations-இலிருந்து எதிர்கால spacecraft-களுக்கு செல்வது இன்னும் மிகப் பெரிய தூரம். கட்டுரையின் interstellar framing தெளிவாக aspirational, operational அல்ல. ஆய்வக அளவிலான முடிவை அருகில்கால போக்குவரத்து அமைப்பாக யாரும் தவறாகக் கருதக்கூடாது. எனினும், ஆரம்ப நிலை propulsion research முக்கியமானது, ஏனெனில் எதிர்கால பொறியாளர்களுக்கு கிடைக்கும் physically plausible control methods-ன் வரம்பை அது விரிவுபடுத்துகிறது.

அதற்கும் ஒரு நெருக்கமான தொழில்நுட்ப விளைவு உள்ளது. metasurface-அடிப்படையிலான ஒளி கட்டுப்பாடு சிறிய பொருட்களில் கணிக்கக்கூடிய விசைகளை உருவாக்க முடிந்தால், அந்த கருத்து spacecraft-களைத் தாண்டியும் பயன்படலாம். micromanufacturing, optically guided robotics மற்றும் contactless manipulation ஆகியவை சிறிய அளவில் துல்லியமான இயக்கம் மதிப்புள்ள துறைகள். spaceflight vision தூரத்தில் இருந்தாலும், optical engineering-க்கு இன்னும் உடனடி பயன்பாடுகள் இருக்கலாம்.

இந்தப் பரிசோதனை நவீன materials science composition-ஐ விட structure-ஐ எவ்வளவு நம்புகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது. metasurfaces வேலை செய்வதற்குக் காரணம், அவற்றின் patterned geometry electromagnetic waves-ஐ bulk materials செய்ய முடியாத விதத்தில் கையாளுகிறது. அந்த design freedom மேற்பரப்புகளை active optical tools-ஆக மாற்றுகிறது; இவை filtering, focusing, redirecting மற்றும் இப்போது potentially propulsion-க்கும் பயன்பட முடியும்.

space sector-க்கு இதன் ஈர்ப்பு தெளிவானது. ஒவ்வொரு propulsion system-உம் அது எடுத்துச் செல்ல வேண்டிய mass-ஆல், குறிப்பாக fuel-ஆல் கட்டுப்படுகிறது. onboard propellant-க்கு பதிலாக externally supplied light-ஐ நம்பும் ஒரு முறை mass equation-ஐ முற்றிலும் மாற்றிவிடும். solar sails ஏற்கனவே அந்த திசையைச் சுட்டிக்காட்டுகின்றன; metajets இன்னும் நுணுக்கமான steering மற்றும் அதிக பதிலளிப்புத் திறனுள்ள control-க்கு ஒரு பாதையை முன்வைக்கின்றன.

முக்கிய எச்சரிக்கை அளவுதான். radiation pressure பலவீனமானது; அதை பயனுள்ளதாக மாற்ற நீண்ட காலம், தீவிரமான ஒளி, மிகச் சிறிய mass அல்லது இவை அனைத்தும் தேவை. அதனால்தான் தற்போதைய வேலை லேசர் ஒளியின் கீழ் microscopic structures-ஐ கவனிக்கிறது. இந்த விளைவுகளை பெரிய அமைப்புகளுக்கு மாற்ற materials, beam control மற்றும் mission architecture-இல் பெரிய முன்னேற்றங்கள் தேவைப்படும்.

அப்படியிருந்தும், இந்த முடிவு கவனிக்கத் தகுந்தது; ஏனெனில் இது ஒரு பாரம்பரிய கருத்தை நவீன materials platform மூலம் புதுவிதமாக வடிவமைக்கிறது. light pressure-ஐ blunt instrument ஆகப் பார்க்காமல், metajet அணுகுமுறை அதை programmable ஒன்றாகக் கருதுகிறது. அந்த கொள்கை பரிசோதனைகளில் தொடர்ந்து உறுதிப்பட்டால், ஆய்வகத்தில் முதற்கட்ட வெற்றிகளைப் பெற்று, அதன் மிகுந்த ambition கொண்ட பயன்பாடுகள் deep space-இல் இருக்கும் ஒரு புதிய வகை optical motion systems-ஐ அது திறக்கலாம்.

இந்தக் கட்டுரை New Atlas செய்தியறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.