新一代超薄光帆具有高反射率 有助实现高速太空旅行

科技日报北京4月1日电 （记者刘霞）通过将超薄、高反射材料与人工智能（AI）优化的纳米级设计相结合，美国布朗大学和荷兰代尔夫特理工大学科学家研制出一种反射能力极强的新一代超薄光帆。这种由激光辐射压力推进的反射器，有望实现高速太空旅行。相关论文发表于最新一期《自然·通讯》杂志。

光帆是一种纤薄的反光板，它利用光的压力来推动自身前进，类似于风推动帆船的方式。与传统推进系统相比，光帆可显著降低将航天器送往附近恒星的旅行时间，甚至有可能将旅行时间从数千年缩短到几十年。

团队最新研制出的光帆的特别之处在于，其兼具大规模和纳米级精度，既轻便又具有高反射性。光帆宽60毫米、长60毫米，但厚度仅200纳米，还不到一根头发丝的厚度。如果按比例缩放，这个光帆可非常大（相当于7个足球场），同时极薄（仅1毫米）。此外，光帆表面布满数十亿个纳米级孔。这些孔洞有助于减轻材料的重量并提高光帆的反射率，从而显著提升其加速潜力。

研究团队利用神经拓扑优化技术为光帆生成最佳结构设计，并使用了轻质且高强度的单层氮化硅。自研的基于气体的蚀刻工艺可选择性去除帆下的材料，只留下所需的超薄膜。AI技术也被用于优化孔洞的形状和位置，以提高反射率并减轻重量。

用传统方法制造这种光帆不仅成本高昂，且需耗时15年。但此次的最新技术使制造时长缩短为一天，且成本降低幅度巨大。这一制造工艺还可扩展到星际旅行所需的尺寸，并以经济高效的方式完成。

团队希望最新技术不仅能帮助探测更遥远的天体，也有助突破纳米工程的极限。此外，将物体加速到高速的能力为在宏观尺度上研究光—物质相互作用和相对论，以及探究物体的加速极限等问题提供了前所未有的机会。