光帆技术新突破：人类星际旅行梦想或将在几十年内成真

在人类探索宇宙的征途上，一项革命性的技术突破正引领我们向星际旅行迈出关键一步。美国布朗大学与荷兰代尔夫特理工大学携手，通过结合超薄高反射率材料和人工智能优化的纳米级设计，成功开发出一种新型光帆，不仅大幅降低了制造成本，还加速了生产流程。

自上世纪70年代“旅行者1号”探测器发射以来，人类探索宇宙的脚步虽已远超预期，但仍未触及距太阳最近的恒星半人马座α星。为了实现人类有生之年内的星际旅行梦想，航天器的速度必须实现质的飞跃。而光帆，这一利用光压推动前行的创新技术，成为了缩短星际旅行时间的关键。

新型光帆的设计灵感源自自然界中的帆船，通过反射太阳光产生推力。布朗大学与代尔夫特理工大学的研究团队，采用了一种直径60毫米、厚度仅200纳米的超薄薄膜，其表面布满了数十亿个纳米级小孔，这些设计不仅减轻了重量，还显著提高了反射率，从而增强了光帆的推进效率。

该项目的成功，是布朗大学理论家与代尔夫特理工大学实验家紧密合作的成果。他们共同设计、制造并测试了这一高反射率光帆，其纵横比之大，前所未有。代尔夫特理工大学的副教授理查德·诺特与布朗大学工程学院的副教授米格尔·贝萨共同领导了这项研究。诺特的团队在制造工艺上取得了突破性进展，使得光帆的尺寸能够扩展到星际旅行所需的级别，且成本可控。而贝萨的团队则利用他们新开发的人工智能方法，优化了光帆表面的纳米级孔洞设计，进一步提高了反射率和减重效果。

在材料选择上，研究团队采用了轻质且高强度的硅氮化物，这种材料非常适合用于光帆的制造。为了最大化反射率并减轻重量，他们设计了一种独特的纳米级孔洞图案，这些孔洞直径小于光波长，能够高效地反射太阳光。通过人工智能的优化，贝萨的团队确定了孔洞的最佳形状和位置，从而实现了反射率和重量的双重优化。

一旦优化设计确定，诺特的团队便开始在实验室中制造这种新型光帆。他们开发了一种新的气体蚀刻技术，能够精确地去除帆下的材料，仅留下光帆本身。这种技术不仅提高了制造效率，还大幅降低了成本。据研究人员介绍，使用传统方法制造这种光帆将耗费昂贵且耗时长达15年，而采用诺特的技术，制造过程仅需一天时间，成本降低了数千倍。

新型光帆的成功开发，为实现“突破摄星”计划的目标提供了重要支持。该计划旨在利用地面激光为携带微型芯片航天器的数百个米级光帆提供动力，从而加速星际旅行的进程。研究人员表示，这种新型光帆设计不仅易于扩展到米级尺寸，而且成本可控，有望在未来星际任务中发挥关键作用。

这一研究还推动了纳米级工程的发展。研究团队在开发过程中使用的新机器学习和优化技术具有广泛的通用性，可以用于创造许多不同用途的物品。贝萨表示：“这真的只是一个开始。我们可能正处于解决迄今为止一直无法解决的工程问题的边缘。”