ENGINEERINGNET.BE - Momenteel zouden de snelste raketten er zo’n 10.000 jaar over doen om de dichtstbijzijnde ster buiten dit zonnestelsel te bereiken.
Het Breakthrough Starshot Initiative, waarbij duizenden onderzoekers samenwerken, wil die reis verkorten naar 20 jaar door de inzet van ultralichte ruimtesondes ter grootte van een microchip, aangedreven door lasers.
Dit initiatief maakt deel uit van de Breakthrough Initiatives, gefinancierd door particuliere investeerders. Starshot werd in 2016 gelanceerd door Yuri Milner en Stephen Hawking.
“We denken compleet anders na over nanotechnologie. We maken structuren die dunner zijn dan ooit, maar die enorm groot kunnen worden”, zegt Richard Norte, universitair hoofddocent aan TU Delft.
Het huidige prototype meet 60 mm x 60 mm en is 200 nanometer dik, bedekt met miljarden nanoscopisch kleine gaatjes. “Dit is een belangrijke vooruitgang in de fabricage van grootschalige lichtzeilen.”
Als het lichtzeil van Norte en zijn collega’s wordt opgeschaald, kan het een lengte bereiken van zeven voetbalvelden met een dikte van slechts één millimeter. “Het is de combinatie van grootschaligheid en nanoschaal in hetzelfde materiaal die het licht en reflecterend maakt.”
De onderzoekers gebruikten hiervoor slimme computermodellen en nieuwe productietechnieken. "We hebben een nieuwe productiemethode ontwikkeld waarmee we het materiaal onder het zeil voorzichtig weghalen. Dat laat alleen het ultradunne zeil over”, zegt Norte. “Zodra de zeilen hangen, zijn ze verrassend stevig. Die aanpak hebben we speciaal bij TU Delft ontwikkeld.”
Dr. Miguel Bessa van Brown University: “We combineren de nieuwste optimalisatietechnieken om creatieve en onverwachte ontwerpen te bedenken. Door neurale netwerken te gebruiken samen met topologie-optimalisatie hebben we ontwerpen gemaakt die grenzen verleggen in nanotechnologie en grootschalige productie.”
Met laserlicht als aandrijving kunnen deze lichtzeilen ruimtesondes razendsnel laten reizen. In theorie zou een sonde in de tijd van een internationale postbezorging op Mars kunnen aankomen. Zulke enorme afstanden blijven voorlopig een doel voor de toekomst.
Norte en zijn team bereiden nu experimenten voor om hun nieuwe lichtzeilen over afstanden in centimeters te bewegen, tegen de zwaartekracht van de aarde in. “Dat zou 10 miljard keer verder zijn dan wat tot nu toe met lasers is voortgestuwd.”
Deze materialen kunnen ook nieuwe inzichten bieden in de experimentele natuurkunde. Doordat je objecten met hoge snelheid kunt versnellen, kun je bijvoorbeeld licht-materie-interacties en relativistische natuurkunde op grote schaal onderzoeken.
Norte: ‘Nu we deze lichtzeilen zo groot kunnen maken als halfgeleider-wafers, onderzoeken we wat er mogelijk is met de huidige technieken in nanofabricage, lasers en ontwerp. Met deze ultradunne materialen kunnen we ook fundamentele vragen beantwoorden, zoals: hoe snel kunnen we een object eigenlijk versnellen?"
