Le missioni spaziali possono impiegare molto tempo per raggiungere le loro destinazioni, basti pensare al viaggio della sonda Nasa New Horizons che ha raggiunto Plutone in dieci anni. Viaggiare verso Proxima Centauri b, il pianeta abitabile più vicino alla Terra, richiederebbe migliaia di anni anche con l’ausilio di lanciatori più potenti di quelli a disposizione. Ora, un gruppo di ricercatori dell’American Chemistry Society ha calcolato che i laser a bassa potenza sulla Terra potrebbero lanciare e manovrare piccole sonde dotate di vele di silicio o nitruro di boro, spingendole a velocità molto più elevate rispetto ai motori a razzo. Lo studio è stato pubblicato su Nano Letters.

Nello specifico, le vele laser catturerebbero i raggi laser e potrebbero, in linea di principio, spingere i veicoli spaziali quasi alla velocità della luce. L’idea è già stata sviluppata dal team del dell’iniziativa Breakthrough Starshot che mira a inviare una piccola sonda a vela del peso di circa un grammo verso Proxima Centauri b in soli vent’anni. Il veicolo spaziale verrebbe spinto al 20% della velocità della luce da un array laser da 100 gigawatt.  Gli scienziati dell’American Chemistry Society si sono chiesti se array laser molto più piccoli e di potenza inferiore, potrebbero trovare impiego in applicazioni in cui vengono utilizzati razzi elettrici e chimici convenzionali. In futuro, i laser potrebbero essere in grado di regolare l’orbita dei satelliti dopo il lancio o spingere minuscole sonde a vela verso missioni interplanetarie o interstellari, senza richiedere grandi quantità di carburante.

I ricercatori hanno eseguito calcoli per dimostrare che anche i laser con potenze di circa 100 kilowatt e dimensioni dell’array di circa un metro, potrebbero alimentare una sonda da 1 grammo a velocità di gran lunga superiori al record attuale, con pochi minuti o ore di illuminazione laser. Secondo i loro calcoli, i laser potrebbero manovrare piccole sonde tra diverse orbite terrestri in un solo giorno, operazione non possibile con gli attuali razzi elettrici e chimici. Il team ha stabilito che i migliori materiali per le vele laser, che consentono un’elevata riflettività e un rapido raffreddamento, sono il nitruro di silicio e il nitruro di boro strutturati su scala nanometrica. Infine, i ricercatori hanno calcolato che queste minuscole sonde a propulsione laser potrebbero raggiungere velocità 5 volte superiori rispetto alla sonda New Horizons.

Credit foto: Adapted from Nano Letters 2022, Doi: 10.1021/acs.nanolett.1c04188