Левитация с помощью света — новые установки будут изучать верхние слои атмосферы

NASA занимается не только космическими разработками, но и исследованиями атмосферы. Американское космическое агентство заинтересовано в изучении нашей атмосферы и в технологиях, которые позволяют нам это делать. Таким образом, программа Института передовых концепций NASA (NIAC) предоставила гранткоманде из Университета Пенсильвании для разработки нового типа двигателя, использующего только свет для сбора данных в сложной для исследования мезосфере Земли.

Мезосфера — это часть атмосферы, расположенная на высоте от 50 до 80 км, и она имеет ряд недостатков для современных технологий разведки. Это слишком высоко для воздушных шаров или обычных самолетов, что делает стандартные технологии высотной разведки непрактичными. Это также слишком низко для спутников, поскольку их орбита слишком быстро деградирует из-за относительно густой плотности этого атмосферного слоя, что делает непрактичной и типичную космическую сенсорную платформу. Единственный способ, которым исследователи смогли изучать мезосферу до сих пор, — это исследовательские ракеты, которые находятся в этом слое всего несколько минут, прежде чем вернуться на Землю.

Лаборатория доктора Игоря Баргатина, профессора машиностроения Пенсильванского университета предлагает новую технологию, которая использует явление, известное как фотофоретическая левитация, используя потоки света.

Эта технология движения может показаться похожей на ту, что используется в солнечных парусах, но тонкие слои фольги, используемые в солнечных парусах, мгновенно сгорят в атмосфере Земли. Фотофоретический эффект, известный уже почти столетие, использует нагрев твердого тела по сравнению с окружающим газом в качестве подъемной силы. Как говорится в пресс-релизе доктора Баргатина на веб-сайте NIAC, "фотофоретическая сила создает подъемную силу в структурах, которые поглощают свет снизу, но остаются холодными сверху".

Вклад лаборатории доктора Баргатина состоит в том, чтобы провести первую макромасштабную демонстрацию системы, использующей эту технологию. Все предыдущие попытки были в микрометровом масштабе, поскольку подъемная сила чрезвычайно слаба, что затрудняет приложение какой-либо значительной подъемной силы к любой полезной нагрузке, к которой она может быть прикреплена. 

Конструкция лаборатории в значительной степени зависит от давления, при котором работают ее пластины, и так уж получилось, что мезосфера, давление которой колеблется от 1 до 100 паскалей, попадает как раз в то место, где подъемное действие наиболее эффективно, создавая достаточную подъемную силу, чтобы держать сантиметровый зонд в воздухе, возможно, бесконечно долго. которые раньше могли быть получены только с помощью исследовательских ракет.
На самом деле, эти миниатюрные левитирующие аппараты могли бы потенциально оставаться в воздухе бесконечно долго, если бы технология была модифицирована для использования солнечной энергии и имела бы цикл день/ночь, когда он переходил бы от подъема днем ​​к спуску ночью. Доктор Баргатин и его команда также считают, что технологию можно немного изменить, чтобы обеспечить горизонтальную тягу, позволяющую сенсорной платформе перемещаться в любую точку мезосферы, используя только свет в качестве источника движения.

Как и в случае со всеми грантами NIAC, эта технология все еще находится на очень ранних стадиях и пройдет еще много времени, прежде чем какая-либо миссия с полезной нагрузкой будет запущена в мезосферу. Тем не менее, поскольку доказательство концепции уже завершено и недавно опубликовано, кажется вероятным, что этот новый тип двигательной технологии вскоре может получить свое место под Солнцем.