何百年もの間、人類は宇宙の謎を探求することに専念してきました。 ただし、星間航行を実現するには、宇宙船の電力要件はさらに厳しくなります。 数十光年離れた星に行くには大量の燃料を運ぶ必要がありますが、そうすると宇宙船が重くなりすぎてしまいます。
燃料を持ち歩くには障害が多いため、燃料を放棄して身軽に旅行することは可能でしょうか? 巨大な反射帆に宇宙船を取り付け、強力なレーザーで照らすオプションが追加されました。 光子の運動量により、宇宙船は光速の数分の一まで加速されます。 このビームに乗って、ライトセイルミッションは数十年以内にプロキシマ・ケンタウリ（プロキシマ・ケンタウリは太陽の次に地球に最も近い恒星で、距離は約4.2光年）に到達することができる。
ライトセイルとは何ですか？ ソーラーセイルまたはフォトンセイルとしても知られるライトセイルは、太陽光の光圧を推進力として使用する宇宙船推進システムです。 ライトセイルは、太陽光発電による電力ではなく、太陽光の光圧を利用します。
ライトセイルは、髪の毛のわずか10分の1の厚さの巨大な薄膜レンズです。 それは大航海時代の帆として理解できます。 ライトセイルは太陽光を受けて光圧を発生させ、宇宙船の移動と加速を促します。 ライトセイルは太陽光の輻射圧が非常に小さいため、長い加速過程を経る必要があるが、太陽光や星の光があればどこでも使用できるという利点があり、理論的には長期の星間航行が可能である。
しかし、十分に大きく軽量な軽量帆を構築することと、それを前進させる方法の問題は依然として解決される必要がある。 現在、ライトセイル技術はまだ理論研究の段階にあり、その工学的課題は膨大であり、最も小さな問題でさえ数十光年にわたって解決することが難しい可能性があります。
レーザー駆動のライトセイルの安定性に関しては、最近の論文でレーザービーム上でライトセイルのバランスをとる方法が論じられています。 レーザーは星に直接向けることも、数十年後の星の位置に向けることもできますが、ライトセイルは完全にバランスが取れている場合にのみビームを追うことができます。 ライトセイルがビームに対してわずかに傾いている場合、反射されたレーザー光はライトセイルにわずかな横方向の押しを与えます。 この偏差がどんなに小さくても、時間の経過とともに大きくなり、ライトセイルの軌道が目標から外れ続けることになります。 軽いセイルを完全に揃えることは決してできないので、小さなずれを修正する何らかの方法が必要です。
従来のロケットは基本的に内部ジャイロスコープを使用してロケットを安定させ、エンジンを使用して推力を動的に調整してバランスを回復します。 しかし、ジャイロスコープシステムは星間光帆には大きすぎ、ビームの調整には光帆に到達するまでに数か月から数年かかるため、迅速な変更は不可能です。 しかし論文では、ポインティングと呼ばれる放射線トリックの使用を提案しています。 -ロバートソン効果。
ポインティング・ロバートソン効果とは、太陽放射との相互作用により、惑星間空間の粒子が太陽に向かって引きずられ、太陽の周りを移動する現象を指します。 これは粒子による放射線の吸収と放出によって引き起こされるため、塵の粒子がらせん軌道に沿ってゆっくりと太陽に落下する光圧の効果とも呼ばれます。 この効果の強さは、太陽の周りの塵の線速度と太陽放射の強さに比例します。
では、ライトセイル検出器をコース上に維持するために、ポインティング・ロバートソン効果をどのように利用するのでしょうか? 著者らは、ビームが単純な単色の平面波であると仮定することで（実際のレーザーはより複雑です）、単純な 2 帆システムが相対運動の効果を利用して宇宙船のバランスを保つ方法を示しています。 セイルがコースからわずかに外れた場合、ビームからの復元力がそれを打ち消します。 これは、このコンセプトが実現可能であることを証明しています。 しかし、時間が経つにつれて、相対論的な効果も現れるようになります。 これまでの研究では相対運動のドップラー効果が考慮されていましたが、この研究では色収差の相対論的バージョンも影響していることが示されました。 実際の設計ではあらゆる相対論的効果を考慮する必要があり、これには複雑なモデリングと光学技術が必要です。 したがって、軽い帆は依然として星に到達する可能性のある方法であるようです。 ただ、エンジニアリング上の課題を過小評価しないように注意する必要があります。
