Selama beratus-ratus tahun, manusia telah berdedikasi untuk meneroka misteri alam semesta. Walau bagaimanapun, untuk mencapai navigasi antara bintang, keperluan kuasa untuk kapal angkasa akan lebih ketat. Untuk mengembara ke bintang berpuluh-puluh tahun cahaya jauhnya, kita perlu membawa banyak bahan api, tetapi ini akan menjadikan kapal angkasa terlalu berat.
Oleh kerana terdapat banyak halangan untuk membawa bahan api bersama anda, adakah mungkin untuk melakukan perjalanan yang ringan dan hanya melepaskan bahan api? Kini terdapat pilihan untuk memasang kapal luar angkasa pada layar pemantul gergasi dan memancarkannya dengan laser yang berkuasa. Momentum foton akan menolak kapal angkasa kepada sebahagian kecil daripada kelajuan cahaya. Menunggang di atas rasuk, misi layar ringan boleh sampai ke Proxima Centauri (Proxima Centauri ialah bintang paling hampir dengan bumi selepas matahari, kira-kira 4.2 tahun cahaya dari kita) dalam beberapa dekad.
Apakah layar cahaya? Layar ringan, juga dikenali sebagai layar solar atau layar foton, ialah sistem pendorong kapal angkasa yang menggunakan tekanan cahaya cahaya matahari sebagai pendorong. Layar cahaya menggunakan tekanan cahaya cahaya matahari dan bukannya kuasa yang dihasilkan oleh kuasa solar.
Layar cahaya adalah kanta filem nipis gergasi dengan ketebalan hanya satu persepuluh rambut manusia. Ia boleh difahami sebagai layar pada Zaman Penemuan. Layar cahaya menjana tekanan ringan dengan menerima cahaya matahari, sekali gus mendorong kapal angkasa untuk bergerak dan memecut. Oleh kerana tekanan sinaran cahaya matahari adalah sangat kecil, layar cahaya perlu menjalani proses pecutan yang panjang, tetapi kelebihannya ialah ia boleh digunakan di mana-mana sahaja terdapat cahaya matahari atau cahaya bintang lain, jadi ia secara teorinya boleh melakukan perjalanan antara bintang jangka panjang.
Bagaimanapun, masalah membina layar ringan yang cukup besar dan ringan serta cara melayarinya ke hadapan masih perlu diselesaikan. Pada masa ini, teknologi layar ringan masih dalam peringkat penyelidikan teori, dan cabaran kejuruteraannya sangat besar kerana masalah terkecil pun mungkin sukar untuk diselesaikan merentasi beberapa dekad tahun cahaya.
Mengenai kestabilan layar cahaya dipacu laser, kertas kerja baru-baru ini membincangkan cara mengimbangi layar cahaya pada pancaran laser. Walaupun laser boleh dihalakan terus ke bintang, atau lokasi bintang itu beberapa dekad kemudian, layar cahaya hanya boleh mengikuti pancaran jika ia seimbang dengan sempurna. Jika layar cahaya dicondongkan sedikit berbanding rasuk, cahaya laser yang dipantulkan akan memberikan layar cahaya tolakan sisi sedikit. Tidak kira betapa kecil sisihan ini, ia akan meningkat dari semasa ke semasa, menyebabkan trajektori layar cahaya terus menyimpang dari sasaran. Kami tidak boleh menjajarkan layar ringan dengan sempurna, jadi kami memerlukan beberapa cara untuk membetulkan penyelewengan kecil.
Roket tradisional pada asasnya menggunakan giroskop dalaman untuk menstabilkan roket dan menggunakan enjin untuk melaraskan tujahan secara dinamik untuk memulihkan keseimbangan. Tetapi sistem giroskop terlalu besar untuk layar cahaya antara bintang, dan pelarasan pada rasuk akan mengambil masa berbulan-bulan atau bertahun-tahun untuk mencapai layar cahaya, menjadikan perubahan pantas mustahil. Tetapi kertas itu mencadangkan menggunakan helah radiasi yang dipanggil Poynting. -Kesan Robertson.
Kesan Poynting-Robertson merujuk kepada fenomena bahawa zarah dalam ruang antara planet diseret ke arah matahari dan bergerak mengelilingi matahari akibat interaksi dengan sinaran suria. Ia disebabkan oleh penyerapan dan pelepasan sinaran oleh zarah, jadi ia juga dipanggil kesan tekanan cahaya yang menyebabkan zarah habuk perlahan-lahan jatuh ke matahari di sepanjang orbit lingkaran. Keamatan kesan ini adalah berkadar dengan halaju linear habuk mengelilingi matahari dan dengan keamatan sinaran suria.
Jadi bagaimana kita menggunakan kesan Poynting-Robertson untuk mengekalkan pengesan layar cahaya kita dalam perjalanan? Dengan mengandaikan bahawa rasuk adalah gelombang satah monokromatik yang mudah (laser sebenar adalah lebih kompleks), penulis menunjukkan bagaimana sistem dua layar mudah boleh menggunakan kesan gerakan relatif untuk memastikan kraf seimbang. Apabila layar terkeluar sedikit, daya pemulihan dari rasuk membatalkannya. Ini membuktikan bahawa konsep itu boleh dilaksanakan. Tetapi dari masa ke masa, kesan relativistik juga turut dimainkan. Penyelidikan terdahulu telah mengambil kira kesan Doppler bagi gerakan relatif, tetapi kajian ini menunjukkan bahawa versi relativistik penyimpangan kromatik juga turut dimainkan. Rangkaian penuh kesan relativistik perlu diambil kira dalam reka bentuk sebenar, yang memerlukan pemodelan kompleks dan teknik optik. Jadi layar cahaya masih kelihatan sebagai cara yang mungkin untuk mencapai bintang. Cuma kita perlu berhati-hati agar tidak memandang rendah cabaran kejuruteraan.
