p Quando as sondas feitas pelo homem finalmente alcançam outras estrelas, eles não serão movidos por foguetes. Em vez de, eles podem estar navegando em uma vela fina como teia de arame que está sendo atingida por um raio laser gigante. Harry Atwater, Howard Hughes Professor de Física Aplicada e Ciência dos Materiais, é líder de projeto do Programa Breakthrough Starshot, que visa tornar essas sondas uma realidade. Em um novo artigo publicado em 7 de maio em Materiais da Natureza , Atwater explora alguns dos principais desafios que o projeto enfrentará em sua tentativa de tornar a humanidade uma espécie interestelar. Recentemente, conversamos com ele sobre o programa. p O que exatamente é o Programa Breakthrough Starshot?

p É um projeto multidisciplinar de $ 100 milhões que foi anunciado em 2016, com o objetivo de projetar uma espaçonave que possa ser lançada para planetas ao redor de outras estrelas e alcançá-los durante a nossa vida. A ideia é desenvolver espaçonaves capazes de viajar a quase 20% da velocidade da luz.

p Por que isso não pode ser feito com foguetes convencionais?

p O problema com a propulsão de foguete tradicional é que a velocidade final do foguete é limitada pela velocidade final do combustível ejetado do foguete. Para propelentes químicos, o limite superior da velocidade final é muito baixo. A espaçonave mais rápida que já foi lançada levaria dezenas de milhares de anos para chegar à estrela mais próxima, Alpha Centauri C. Isso é claramente impraticável para qualquer missão interestelar.

p Para superar isso, estamos planejando usar a própria luz como combustível. Em outras palavras, estamos aproveitando o princípio da conservação do momento entre a luz e os materiais. Se eu tenho um objeto reflexivo e ilumino-o, os fótons recuando ou refletindo conferem impulso ao objeto. Se o objeto for leve o suficiente, esse momento pode atuar como uma força propulsora, e então a velocidade final dessa sonda é limitada apenas pela velocidade da própria luz.

p Qual é o seu papel no projeto?

p Sou consultor do Programa Breakthrough Starshot. O programa tem três grandes desafios técnicos:o primeiro é construir o chamado motor de fóton, o laser que é capaz de impulsionar a vela; a segunda é projetar a própria vela; e o terceiro é projetar a carga útil, que será uma pequena espaçonave capaz de obter imagens e dados espectrais e depois enviá-los de volta à Terra. Minha função é ajudar o programa a definir caminhos para tornar uma vela luminosa viável e compatível com os outros objetivos de todo o programa. Não vai ser fácil:temos que fazer um objeto ultraleve de grande escala que seja firme e dinamicamente estável sob propulsão.

p Que outros desafios existem?

p Os desafios que abordamos em nosso artigo mais recente são o desenvolvimento de requisitos de design e materiais para esse conjunto realmente extremo de condições de engenharia. Exigimos algo que tenha uma massa de no máximo um grama, mas que cobre uma área de cerca de 10 metros quadrados. Isso significa que a espessura média será da ordem de dezenas a centenas de nanômetros; muito mais fino que um cabelo humano.

p Este material fino como bolacha estará sujeito a intensa radiação laser durante a fase de propulsão, com uma intensidade de megawatts por metro quadrado. Essa não é a maior intensidade que já foi gerada em um laboratório, mas é uma intensidade muito alta para interagir com um ultrafino, estrutura de membrana semelhante a teia do tipo de que estamos falando aqui. Portanto, o maior requisito é que seja ultra-reflexivo para que possamos transmitir impulso e impulsionar a vela de luz.

p Existe algum material, ou famílias de materiais, que parece promissor para isso?

p sim. Os melhores materiais são os dielétricos, ou isolante, em vez de materiais metálicos, que transmitem cargas elétricas. Um bom exemplo de um dielétrico com o qual todos estão familiarizados é o vidro, que é altamente não absorvente. Infelizmente, o vidro é um pouco baixo em sua refletividade para ser um candidato eficiente para o material de vela de luz, mas mesmo assim aponta o caminho. Os melhores materiais para se pensar são aqueles que têm maior refletividade, mas coeficientes de absorção igualmente baixos.

p Como este trabalho se encaixa em seus objetivos de pesquisa mais amplos?

p Minha equipe de pesquisa está muito interessada em como a luz interage com materiais em nanoescala, ou materiais que são esculpidos ou moldados na escala do próprio comprimento de onda. Uma das coisas que é fascinante é que os materiais nanoestruturados podem ser capazes de gerar compensações realmente ótimas entre massa e refletividade, e também ajudam a dar estabilidade à vela. Precisamos que a vela seja razoavelmente estável, o que significa que não cai do feixe de laser, por assim dizer.