Команда науковців із Гарвардського університету розробила літальні апарати, що працюють виключно на сонячній енергії, для вивчення верхніх шарів атмосфери Землі.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Інженери представили надлегкий пристрій дископодібної форми, здатний утримуватися в мезосфері – атмосферному шарі, який простягається на висоті від приблизно 48 до 96 кілометрів над поверхнею планети. Цей експериментальний зразок був створений у Гарвардській школі інженерії та прикладних наук імені Джона А. Полсона.
Мезосфера залишається малодослідженою зоною, адже вона розташована занадто високо для польоту звичайних літаків і метеозондів, проте надто низько для роботи супутників. Через це цей шар часто називають «білою плямою» на карті атмосферних досліджень. Краще розуміння процесів у мезосфері могло б суттєво покращити точність довгострокових прогнозів погоди та моделювання кліматичних змін.
Науковці переконані, що їхні сонячні апарати здатні відкрити доступ до цієї важкодоступної області для збору унікальних даних. Професор Чиказького університету Девід Кіт, який долучився до розробки, наголосив, що йдеться про абсолютно новий клас літальних апаратів – пасивних, енергоефективних і пристосованих до роботи на великих висотах. У перспективі, за його словами, ця технологія може застосовуватися і для дослідження атмосфери Марса чи інших планет.
Ідея пристроїв, що левітують, з’явилася ще в XIX столітті – перші згадки про неї датуються 1873 роком. Проте лише сучасні досягнення нанофабрикації дозволили втілити концепцію у практичний зразок із необхідною точністю та мінімальною вагою.
Принцип роботи пристрою базується на фотофорезі – явищі, коли світлове випромінювання створює силу, здатну переміщувати об’єкт. У мезосфері, де тиск дуже низький, молекули газу відскакують від нагрітої поверхні з більшою швидкістю, ніж від холодної, створюючи безперервний підйомний імпульс.
За звичайних умов фотофоретичний ефект надто слабкий, щоб підняти помітний об’єкт, але надлегка конструкція нового апарата дозволяє цій силі повністю компенсувати його вагу. Дослідники розробили спеціальний процес виготовлення еластичних структур діаметром у кілька сантиметрів. Основою пристрою є тонкі мембрани з керамічного оксиду алюмінію з нижнім шаром хрому, який ефективно поглинає світло.
Для випробувань була створена камера з низьким тиском, що імітує умови мезосфери. У ній пристрій діаметром 1 см зміг левітувати при тиску 26,7 паскалів – аналогічному до умов на висоті 60 км – під впливом світла, інтенсивність якого становила лише 55% від сонячного. Кіт підкреслив, що це перший експеримент, у якому вдалося створити більшу фотофоретичну конструкцію і змусити її працювати в атмосферних умовах.
Сфера застосування нової технології доволі широка. У кліматології ці апарати можуть перевозити сенсори для вимірювання швидкості вітру, тиску та температури в мезосфері. У сфері телекомунікацій вони можуть формувати мобільні антени для оборонних завдань чи ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій. Також концепція може бути адаптована для місій на Марсі. Нині команда працює над вбудуванням систем зв’язку, щоб апарати могли передавати дані у режимі реального часу.
Якщо проєкт буде успішним, пристрої на основі фотофорезу можуть стати екологічно безпечним і повністю автономним засобом польоту, адже їм не потрібне паливо, батареї чи сонячні панелі у традиційному вигляді.
Читайте також:
- Німеччина успішно протестувала прототип космічної сонячної електростанції
- Астрономи знайшли джерело довгоперіодичних сигналів невідомої природи у космосі