Pesquisadores dos EUA Desenvolvem Velas de luz Para Naves Espaciais Feitas Com Cristais Fotônicos
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No dia de ontem (25/03), o portal Inovação Tecnológica que dois pesquisadores do do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA desenvolveram Velas de Luz para naves espaciais feitas com Cristais Fotônicos.
[Imagem: Dimitar Dimitrov et al. - 10.1117/1.JNP.19.046008]
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| Saliências em nanoescala formando uma vela de luz acionada por laser, projetada para alcançar alta refletividade para uma cor específica. |
Vela de cristal
De acordo com a nota do portal, as velas solares sempre foram consideradas uma alternativa aos propulsores de foguete convencionais para as missões espaciais de longa duração. Elas começam bem devagar, mas podem acelerar continuamente, alcançando velocidades e distâncias impraticáveis para as versões tradicionais de sondas espaciais.
Essa navegação espacial fotônica gera propulsão utilizando a pressão de radiação, a força exercida quando a luz se reflete em uma superfície. As velas solares podem ser impulsionadas pela luz do Sol ou por um laser potente disparado à distância - neste caso é mais comum chamá-las de "velas de luz" -, acelerando continuamente sem propelente a bordo.
Mas tudo é muito delicado e sensível e, embora os filmes de polímero revestidos com metal comumente utilizados reflitam a luz de forma eficiente, eles também absorvem parte da energia incidente, convertendo-a em calor. A alternativa seria fazer a vela de um tecido mais grosso, mas isso aumentaria o peso e reduziria a eficiência da propulsão.
Dimitar Dimitrov e Elijah Harris, do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA, descobriram agora uma maneira de evitar esse perde-ganha usando um cristal fotônico, um padrão em nanoescala formado por três componentes dielétricos: Pilares de germânio, orifícios de ar e uma matriz polimérica.
Ao contrário das estruturas fotônicas convencionais de dois materiais (folhas de polímero e metal), esta nova estrutura integra três regiões (dois materiais e um "vazio") para formar uma estrutura que reflete uma cor de luz específica, o que aumenta muito sua refletividade sem adicionar peso.
Essa configuração estabelece uma banda fotônica estreita centrada no comprimento de onda que se deseja usar para a propulsão - a cor do laser que será disparado à distância - resultando em alta refletividade dentro dessa janela espectral. Fora dessa cor, a estrutura permanece amplamente transparente.
[Imagem: Dimitar Dimitrov et al. - 10.1117/1.JNP.19.046008]
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| Estrutura da vela de luz fotônica. |
Vela de Luz Seletiva
O protótipo da vela de luz, fabricado usando litografia por feixe de elétrons e deposição a vácuo, atingiu uma refletividade de aproximadamente 90% em um comprimento de onda de 1,2 micrômetro.
As velas contêm pilares de germânio com aproximadamente 100 nanômetros de largura e orifícios de ar com cerca de 400 nanômetros de diâmetro, embutidos em uma camada de polímero com 200 nanômetros de espessura.
"Uma contribuição fundamental deste trabalho foi demonstrar a viabilidade de construir estruturas de cristais fotônicos multidielétricos com características nanométricas controladas. Os resultados mostram que estas podem ser projetadas para combinar baixa massa, forte seletividade de comprimento de onda e potencial de fabricação escalável," disse Dimitrov.
Simulações de uma vela de luz com 1 m2 iluminada por um laser de 100 kW mostraram uma geração de impulso contínuo, acelerando a vela a velocidades de várias centenas de metros por segundo em uma hora, sob condições ideais. Embora esse nível de desempenho não seja suficiente para missões interestelares, ele poderá viabilizar sondas leves para exploração interplanetária, dentro do próprio Sistema Solar.
Saiba mais:
Autores: Dimitar Dimitrov, Elijah Taylor Harris
Revista: Journal of Nanophotonics
Vol.: 19, Issue 4, 046008
DOI: 10.1117/1.JNP.19.046008
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