几个世纪以来人们梦想着被光之风极速穿越浩瀚的太空海洋。
尽管这个想法听起来很异想天开，但仅使用光子的冲击力就可以将反射帆缓慢地推向光速，这可能是我们的想法。唯一合理的镜头在一个人的一生中到达另一颗星星。
说起来容易做起来难。光粒子可能速度很快，但它们的推动力并不强。如果你让帆足够轻以感受到辐射的惯性，那么持续不断的光子可能会无意中损坏其材料。
要制造出能够抵御在如此漫长的旅程中威胁航天器的危险的帆，需要一些巧妙的解决方案。也许是中提出的解决方案两项研究最近发表在杂志上纳米字母。
由美国宾夕法尼亚大学和加州大学洛杉矶分校的工程师设计，作为突破摄星该倡议的创新旨在寻找方法来实现星际飞船所需的耐用性和质量之间的平衡。
“轻帆的想法已经存在了一段时间，但我们现在只是想办法确保这些设计在旅途中幸存下来，”说伊戈尔·巴加廷 (Igor Bargatin) 是宾夕法尼亚大学的机械工程师。
就像空气粒子撞击布帆一样，辐射波与它们撞击的任何物体交换动量。与空气分子、光子或光分子不同，它们没有任何静止质量，因此它们施加的任何力都会很小。
举个例子，当你享受日光浴时，光线从你的身体反射力量大致相当大约千分之一克。
有几种方法可以增强这种压力以使物体移动。一是制造更大的帆，可以捕捉更多的光线。另一种方法是让照射到它的光线更加强烈，例如将大量激光照射到它上面。
但这里存在一些问题。更大的帆意味着更大的质量。减轻重量会使帆更容易推动，但潜在的代价是使其变得不那么坚固，使帆面临撕裂的风险。
更多的光线也会带来一些问题。例如，当帆加速时，照射到帆上的辐射波长似乎会缓慢地向彩虹的红端移动，从而限制了不会吸收太多红外线和过热的材料种类。
寻找合适的材料，使船帆坚固、轻便，并能够处理千兆瓦延伸激光产生的热量已成为主题之前的调查。但没有人真正关注在加速飞行器所需的特定距离内保持低吸收和高动量之间的权衡。
在这个最新的建议中工程师们建议用二硫化钼和氮化硅化合物制成的两层材料制作帆，这两种材料都可以制成片材，并具有光学特性，可以在光线伸展时平衡最小的吸收和发射。
第二篇论文不是从材料的角度解决这个问题，而是从结构的角度解决这个问题，旨在应对激光阵列施加的光子压力增加的压力。
弯曲帆可以提高稳定性，就像降落伞一样，但正如该研究的作者指出的那样，很少有人研究光压力会对这种结构产生的应力。
该团队以平方米为单位对圆形、球形弯曲的帆进行建模——可以拖曳几克的有效载荷——证明了足够的曲率绝对是可行的方法。
与其他研究类似，研究人员还对加速时间的差异进行了修改，以找到机械应力、热应力以及行程时间的适当平衡。
理想情况下，“突破摄星”计划希望飞船足够轻，能够达到光速 20% 左右的速度；足以在短短几十年内覆盖比邻星 4.2 光年。
值得注意的是，这项技术可能永远无法运送乘客。在一段时间内，这仍将是科幻小说的素材。
但它可能会让我们近距离观察不属于我们自己的行星系统在我们的有生之年。
