కాంతి ఆధారిత 'మెటాజెట్లు' సూక్ష్మ విమాన నియంత్రణకు కొత్త మార్గాన్ని సూచిస్తున్నాయి

ఇంధనం కాకుండా కాంతిపై ఆధారపడ్డ propulsion భావన

Texas A&M University పరిశోధకులు సైన్స్ ఫిక్షన్ లా అనిపించే, కానీ ఒక పరిచిత భౌతిక సూత్రంపై ఆధారపడిన ఆలోచనను ముందుకు తెస్తున్నారు: కాంతి momentum‌ను మోస్తుంది, అంటే అది పదార్థంపై బలాన్ని ప్రయోగించగలదు. తాజాగా నివేదించిన ఒక ప్రయోగంలో, motor, fuel లేదా physical contact లేకుండా కేవలం laser illumination‌తోనే సూక్ష్మ పరికరాలను ఎత్తి, మలుపు తిప్పేందుకు ఆ పీడనాన్ని ఉపయోగించినట్లు బృందం చెబుతోంది.

ఈ పని “metajets” అని పరిశోధకులు పిలిచే నిర్మాణాలపై కేంద్రీకృతమైంది; ఇవి metasurfaces‌తో తయారైన చిన్న పరికరాలు. ఇవి nanoscale లక్షణాలతో నమూనా చేయబడిన అతి సన్నని పదార్థాలు, incoming light‌ను అత్యంత నియంత్రిత మార్గాల్లో మళ్లించగలవు. కాంతి వంగినప్పుడు లేదా చెల్లాచెదురైనప్పుడు momentum బదిలీ అవుతుంది, దాంతో వస్తువుపై సమానమైన మరియు వ్యతిరేకమైన బలం ఏర్పడుతుంది. ఫలితంగా, ఆ నిర్మాణం తన surface geometry‌ను steering మరియు propulsion mechanism‌గా మార్చుతుంది.

ఈ కనుగొన్న విషయాలు Newtonలో ప్రచురించబడినట్లు తెలిపారు. ప్రయోగం microscopic స్థాయిలో జరిగినప్పటికీ, అదే underlying physics భవిష్యత్తులో advanced spacecraft propulsion రూపాలకు దారితీయవచ్చని పరిశోధకులు వాదిస్తున్నారు. ఇదే ఈ పనికి వెనుక ఉన్న long-range vision, అయితే తక్షణ సాధన మాత్రం మరింత వినమ్రమైనది, కానీ స్పష్టమైనది: కేవలం కాంతితో చిన్న వస్తువుల నియంత్రిత కదలిక.

నిజమైన సవాలు control

కాంతి propulsion భావన కొత్తది కాదు. శాస్త్రవేత్తలు radiation pressure‌ను ఒక శతాబ్దానికి పైగా అర్థం చేసుకుంటున్నారు, అలాగే NASA మరియు JAXA వంటి సంస్థలు సూర్యకాంతిని gentle, continuous thrust కోసం ఉపయోగించే solar-sail spacecraftలను ఇప్పటికే ప్రయోగించాయి. కష్టం ఎప్పుడూ కేవలం బలాన్ని సృష్టించడం కాదు. బలాన్ని సృష్టిస్తూనే stability మరియు directional control‌ను కాపాడటం అసలు సమస్య.

ఆ సవాలు అధిక వేగం లేదా దీర్ఘ దూరాల్లో మరింత తీవ్రమవుతుంది. steer లేదా stabilize చేయలేని light-propelled craft‌కు ఉపయోగం పరిమితంగా ఉంటుంది. చిన్న deviations కూడా interplanetary లేదా interstellar ప్రయాణాల్లో పెద్ద స్థాయికి చేరవచ్చు. metajets వాగ్దానం ఏమిటంటే, mechanical systems లేదా onboard propellant కాకుండా engineered optical response ద్వారా thrust మరియు control రెండింటినీ ఆకృతీకరించగల మార్గాన్ని ఇవి అందించవచ్చని.

పని వివరణ ప్రకారం, పరిశోధకులు ఈ చిన్న పరికరాలను అనేక దిశల్లో విజయవంతంగా ఎత్తి, steer చేశారు. ఈ multi-directional maneuveringనే ఈ ప్రయోగాన్ని సాధారణ push నుండి వేరు చేస్తుంది. surface pattern‌ను illumination కింద tailored force responses సృష్టించేలా రూపొందించవచ్చని ఇది సూచిస్తోంది, తద్వారా పరికరం కదలికకు మాత్రమే కాకుండా నియంత్రణకు కూడా అనువుగా మారుతుంది.

సూక్ష్మ పరికరాల నుండి deep-space ఊహాగానాల వరకు

microscopic demonstrations నుంచి భవిష్యత్తు spacecraftలకు వెళ్లే దారి ఇంకా చాలా పెద్దది. వ్యాసంలోని interstellar framing స్పష్టంగా aspirational, operational కాదు. ప్రయోగశాల-స్థాయి ఫలితాన్ని సమీపకాల transport system‌తో ఎవ్వరూ గందరగోళం చేయకూడదు. అయినప్పటికీ, ప్రారంభ దశ propulsion research ముఖ్యం, ఎందుకంటే భవిష్యత్తు ఇంజినీర్లకు అందుబాటులో ఉండే physically plausible control methods పరిధిని ఇది విస్తరిస్తుంది.

ఇంకా దగ్గరలో ఒక సాంకేతిక ప్రభావం కూడా ఉంది. metasurface-ఆధారిత light control చిన్న వస్తువులపై అంచనా వేయగల బలాలను సృష్టించగలిగితే, ఆ భావన spacecraftలకు మించి కూడా ఉపయోగపడవచ్చు. micromanufacturing, optically guided robotics, contactless manipulation వంటి రంగాల్లో చిన్న స్థాయిలో ఖచ్చితమైన కదలిక విలువైనది. spaceflight vision దూరంగా ఉన్నా, optical engineering మరింత తక్షణ వినియోగం పొందవచ్చు.

ఈ ప్రయోగం modern materials science composition కంటే structure‌పై ఎంత ఆధారపడుతుందో చూపిస్తుంది. metasurfaces పనిచేయడానికి కారణం, వాటి patterned geometry electromagnetic waves‌ను bulk materials చేయలేని విధంగా నియంత్రిస్తుంది. ఆ design freedom surfaces‌ను active optical tools‌గా మార్చుతోంది, ఇవి filtering, focusing, redirecting, అలాగే ఇప్పుడు potentially propulsion‌కు కూడా ఉపయోగపడగలవు.

space sector‌కు దీనిలోని ఆకర్షణ స్పష్టంగా ఉంది. ప్రతి propulsion system అది మోయాల్సిన mass, ముఖ్యంగా fuel, ద్వారా పరిమితం అవుతుంది. onboard propellant‌కు బదులుగా externally supplied light‌పై ఆధారపడే ఒక విధానం mass equation‌ను గణనీయంగా మార్చగలదు. solar sails ఇప్పటికే ఆ దిశను సూచిస్తున్నాయి; metajets మరింత సూక్ష్మ steering మరియు మరింత responsive control దిశగా మార్గాన్ని సూచిస్తున్నాయి.

ముఖ్యమైన హెచ్చరిక scale. radiation pressure బలహీనంగా ఉంటుంది, దాన్ని ఉపయోగకరంగా మార్చాలంటే దీర్ఘ సమయాలు, తీవ్రమైన కాంతి, అతి చిన్న mass లేదా ఇవన్నీ అవసరం. అందుకే ప్రస్తుతం ఈ పని laser illumination కింద microscopic structures‌పై కేంద్రీకృతమైంది. ఈ ప్రభావాలను పెద్ద వ్యవస్థలకు మార్చాలంటే materials, beam control, mission architectureలో పెద్ద పురోగతులు కావాలి.

అయినప్పటికీ, ఈ ఫలితం గమనించదగ్గది, ఎందుకంటే ఇది ఒక క్లాసిక్ భావనను ఆధునిక materials platform ద్వారా తిరిగి రూపకల్పన చేస్తోంది. light pressure‌ను blunt instrument‌గా చూడకుండా, metajet approach దాన్ని programmable thing‌గా పరిగణిస్తుంది. ఆ సూత్రం ప్రయోగాల్లో నిలబడితే, ఇది optical motion systems కొత్త తరగతికి దారితీయవచ్చు; వాటి మొదటి విజయాలు ప్రయోగశాలలో జరుగుతాయి, అత్యంత ఆశావహ వినియోగాలు deep space‌లో ఉంటాయి.

ఈ వ్యాసం New Atlas నివేదిక ఆధారంగా ఉంది. మూల వ్యాసాన్ని చదవండి.