استفاده از لیزر پرقدرت برای به پیش راندن فناوری بادبان بازتابی به سرعت های نسبیتی ماموریت آنهاست. انتخاب مواد بادبان کلید موفقیت آن است زیرا باید سبک وزن باشد و در عین حال بتواند در برابر شتاب و تشعشعات لیزر مقاومت کند. یک مطالعه اخیر مواد مختلف را بررسی میکند و پیشنهاد میکند که ساختارهای پوسته هسته – ذرات کروی متشکل از دو ماده مختلف – میتوانند راهحل امیدوارکنندهای باشند.
Breakthrough Starshot یک پروژه جاه طلبانه برای کشف فضای بین ستاره ای با ارسال فضاپیمای کوچک و سبک وزن به نزدیکترین منظومه ستاره ای، آلفا قنطورس است. این پروژه قصد دارد از لیزرهای زمینی و پرقدرت برای شتاب بخشیدن به بادبانهای بازتابنده استفاده کند که فضاپیما را قادر میسازد به سرعتهای نسبیتی دست یابد و ۴.۳۷ سال نوری را تنها در چند سال طی کند. هر فضاپیما مجهز به حسگرها و سیستمهای ارتباطی کوچک خواهد بود و دادههای سیارات فراخورشیدی و دیگر پدیدههای بینستارهای را در طول مسیر جمعآوری خواهد کرد. اگر موفقیت آمیز باشد، می تواند اولین قدم ما به سمت کاوش در منظومه های ستاره ای دوردست و جستجوی حیات فرازمینی باشد.
سفر با سرعتهای نسبیتی که سرعتهایی نزدیک به سرعت نور هستند، احتمالات شگفتانگیزی را ارائه میکنند، اما مشکلات بسیار زیادی را به همراه دارند. در این سرعتها، اتساع زمان (پدیدهای که توسط نظریه نسبیت اینشتین پیشبینی میشود) باعث میشود زمان برای مسافر نسبت به ناظران روی زمین کندتر بگذرد، و به طور بالقوه امکان سفر به ستارههای دوردست در طول عمر انسان را از منظر مسافر فراهم میکند. این مشکلی برای استارشات نخواهد بود زیرا آنها قصد دارند فقط فضاپیمای کوچک ارسال کنند. با این حال، دستیابی به چنین سرعتهایی، حتی برای Starshot، مستلزم غلبه بر نیازهای انرژی بسیار زیاد است، زیرا انرژی جنبشی مورد نیاز به صورت تصاعدی با سرعت افزایش مییابد. محیط در سرعت های نسبیتی نیز به ویژه خطرناک می شود. برخورد با ذرات با چنین سرعت بالایی می تواند به راحتی فضاپیما را نابود کند و قرار گرفتن در معرض تشعشع به دلیل اثرات نسبیتی تشدید می شود.
برای تکمیل این سفر در چند دهه، فضاپیما باید تا حدود ۲۰ درصد سرعت نور شتاب بگیرد و تمام مشکلات ذکر شده در بالا را به همراه داشته باشد. انتخاب مواد مناسب برای بادبان ها کلیدی است. در مقالهای که اخیراً توسط میچل آر. ویتام، لوکاس ربهولز، بندیکت زرولا و کارستن راکستول از موسسه فناوری کارلسروهه در آلمان منتشر شده است، تیم نتایج جستجوی خود را برای بهترین مواد گزارش میدهد. آنها به طور خاص توجه خود را بر به اصطلاح کره های پوسته مرکزی متمرکز می کنند.
ساختارها بر اساس یک طراحی ماتریسی هستند که منشأ آن را در نظریه Mie مییابد. این چارچوب ریاضی توسط فیزیکدان آلمانی گوستاو می در سال1286 ایجاد شد تا توصیف کند که چگونه ذرات کروی امواج الکترومغناطیسی مانند نور را پراکنده می کنند. آنها در مطالعه خود، خواص بازتابی و زمان های شتاب کره های ساخته شده از آلومینیوم، سیلیکون، دی اکسید سیلیکون و ترکیبات مختلف را بررسی کردند.
نتایج با پوسته ای متشکل از ترکیب سیلیکون و دی اکسید سیلیکون که بهترین نتایج را به همراه داشت، امیدوارکننده بود. این کار بینش قابل توجهی در مورد ساختار مواد برای بادبان های سبک ارائه می دهد. اگرچه یک نتیجه قطعی نبود، اما آنها نشان دادند که کرههای پوسته هسته، که قبلاً یک منطقه ناشناخته از فیزیک بادبان سبک بودند، یک راه امیدوارکننده برای کاوش برای کارهای تجربی آینده است.
