NASA замовило вченим промінь, що притягує.
2 листопада 2011

NASA замовило вченим промінь, що притягує. За задумом американців, «силовий промінь» можна буде застосовувати для відбору проб на поверхні планет, а також в атмосфері і космосі.

Американські дослідники мають намір навчити космічні апарати забирати проби за допомогою променів світла. Нова технологія розширить можливості по дослідженню космічних тіл.

Група фізиків з космічного центру Годдарда (Goddard Space Flight Center) одержала від NASA $100 тисяч на вивчення методів віддаленого захоплення невеликих частинок. Причому спіймані порошинки або молекули повинні бути втягнуті в космічний апарат або планетохід.

В рамках програми інноваційних передових концепцій (NASA Innovative Advanced Concepts — NIAC) в центрі Годдарда повинні побудувати те, що до недавнього часу було лише елементом фантастики – «промінь, що притягує» (Tractor beam).

Промінь, що притягує, фігурує в багатьох фантастичних книгах і фільмах, але, мабуть, найчастіше і послідовно він застосовувався в серіалі Star Trek.

Спочатку група роздумувала над технологією переміщення лазером орбітального сміття. Але потім новатори вирішили, що крупні об'єкти таким методом пересувати складно. До того ж, хоча очевидно, як можна лазером відштовхувати предмети (використовуючи світловий тиск), не зрозуміло — як їх притягати?

Виявляється, якщо об'єкти малі (космічні порошинки, піщинки, живі клітини), за допомогою лазерів їх дійсно можна тягнути до джерела світла.

Різні групи фізиків давно проводять досліди з так званими оптичними пастками, в яких за допомогою променів утримуються у зваженому стані або пересуваються окремі молекули, віруси або мікрочастинки. Ці досліди послужили відправною точкою в новій роботі.

Група дослідників, експертів по лазерах, що виграли грант NASA по темі променя, що притягує: Баррі Койл (Barry Coyle), Пол Стіслі (Paul Stysley) і Деметріос Поуліос (Demetrios Poulios). До речі, в програму NIAC 2011 було подано більше 700 заявок, але фінансування одержали тільки 30 проектів (фото NASA, Goddard Space Flight Center, Debora McCallum).

Команда визначила три різні підходи для транспортування частинок, свідчить прес-реліз NASA.

В одному випадку вона пропонує використовувати якусь варіацію оптичних щипців. Метод припускає застосування зустрічних пучків хвиль, що формують світлове кільце (що нагадує промінь-бублик, створений колись японцями).

У лабораторних дослідах американці вже показали, що поперемінно регулюючи інтенсивність складових такого змішаного пучка, можна нагрівати повітря з різних сторін від захопленої частинки, тим самим примушуючи її рухатися. Правда, цей спосіб працює лише в атмосфері.

Класичний оптичний пінцет використовує для утримання мікроскопічних частинок електромагнітну взаємодію з боку променя, сфокусованого особливим чином, а зовсім не нагрів повітря навколо мети, як у варіанті центру Годдарда. Яка сила виявиться зручнішою в управлінні – ще належить зрозуміти.

Другий варіант променя, що притягує, спирається виключно на електромагнітну взаємодію, так що годиться для будь-якого середовища.

Цей метод названий промінь-соленоїд (solenoid beam). У ньому піки інтенсивності немов закручуються спіраллю навколо осі розповсюдження. Перші досліди вчених NASA показали, що такий світловий «гвинт від м'ясорубки» здатний тягнути дрібні частинки у напрямку до джерела випромінювання.

Третій варіант припускає використання пучків Бесселя (Bessel beam). Якщо направити такий промінь на екран, можна побачити яскраву центральну крапку, оточену численними кільцями, на зразок кругів на воді. Промінь Бесселя також володіє цікавими властивостями, наприклад, він може відновлюватися «за спиною» у невеликої перешкоди.

Промінь Бесселя може формувати прямо перед об'єктом і за ним певний набір електричних і магнітних полів, здатних приводити частинки в рух, зокрема в бік випромінювача. (Як це працює, пояснила група фізиків з Китаю у своїй роботі, що з'явилася на початку 2011 року.)

Пучок Бесселя, що огинає предмет, здатний при ряді умов створити на його поверхні такий розподіл інтенсивності електромагнітних хвиль, що виникне сила, направлена до джерела променя.

Група з центру Годдарда має намір детально протестувати всі три способи створення променя, що притягує, відібрати оптимальний і далі вже розвивати його.

Відмітимо, лазер для взяття проб є в арсеналі американського апарату Curiosity, який повинен стартувати до Марса в кінці листопада. Але там промінь лише випаровує невелику порцію каменя, а склад пари дистанційно визначає спектрометр.

У разі успіху нового проекту промінь лазера міг би засмоктувати крихітні порції речовини на борт апарату. Аналогічним способом супутник міг би брати проби з верхніх шарів атмосфери прямо з орбіти, або захоплювати порошинки з кометного хвоста, пролітаючи на безпечній відстані від небесного мандрівника, або дистанційно витягати піщинки з поверхні астероїда.

На відміну від механічних пробовідбірників промінь, що притягує, міг би працювати тривалий період часу без відключення, підкреслюють автори проекту. Тим самим збільшувалася б наукова цінність місії, і знижувався технічний ризик.

Але поки цей проект знаходиться лише на початку шляху. Американцям належить на практиці створити систему, за яку ще ніхто не брався.

На головну


Цікаве

» Китай вперше запустив корабель до орбітальної станції
» Астероїд Лютеція
» Знайдена перша зірка із спіральними рукавами
» Астрономи детально розгледіли диск квазара
» Роскосмос дав надію на порятунок місії до Фобоса
» Російський апарат відправився за грунтом Фобоса
» Вчені розфарбували один з найбільших вулканів Марса
» Астрономи відкрили дивовижну білизну Еріди
» Астробіологи розширили жилу зону червоних карликів
» Чужі сонячні системи порадували вчених кометами
» Американці вирішили розрізати супутники в космосі
copyright 2012