新一代超薄光帆具有高反射率 有助實現高速太空旅行

科技日報北京4月1日電 （記者劉霞）通過將超薄、高反射材料與人工智能（AI）優化的納米級設計相結合，美國布朗大學和荷蘭代爾夫特理工大學科學家研製出一種反射能力極強的新一代超薄光帆。這種由激光輻射壓力推進的反射器，有望實現高速太空旅行。相關論文發表於最新一期《自然·通訊》雜誌。

光帆是一種纖薄的反光板，它利用光的壓力來推動自身前進，類似於風推動帆船的方式。與傳統推進系統相比，光帆可顯著降低將航天器送往附近恆星的旅行時間，甚至有可能將旅行時間從數千年縮短到幾十年。

團隊最新研製出的光帆的特別之處在於，其兼具大規模和納米級精度，既輕便又具有高反射性。光帆寬60毫米、長60毫米，但厚度僅200納米，還不到一根頭髮絲的厚度。如果按比例縮放，這個光帆可非常大（相當於7個足球場），同時極薄（僅1毫米）。此外，光帆表面佈滿數十億個納米級孔。這些孔洞有助於減輕材料的重量並提高光帆的反射率，從而顯著提升其加速潛力。

研究團隊利用神經拓撲優化技術為光帆生成最佳結構設計，並使用了輕質且高強度的單層氮化硅。自研的基於氣體的蝕刻工藝可選擇性去除帆下的材料，只留下所需的超薄膜。AI技術也被用於優化孔洞的形狀和位置，以提高反射率並減輕重量。

用傳統方法制造這種光帆不僅成本高昂，且需耗時15年。但此次的最新技術使製造時長縮短為一天，且成本降低幅度巨大。這一製造工藝還可擴展到星際旅行所需的尺寸，並以經濟高效的方式完成。

團隊希望最新技術不僅能幫助探測更遙遠的天體，也有助突破納米工程的極限。此外，將物體加速到高速的能力為在宏觀尺度上研究光—物質相互作用和相對論，以及探究物體的加速極限等問題提供了前所未有的機會。