太空旅行无疑会带来令人痛苦的缓慢。例如，"新视野"号探测器花了近10年时间才到达冥王星。前往半人马座b，即离地球最近的宜居行星，即使使用最大的火箭也需要数千年的时间。现在，研究人员在ACS的《纳米快报》上计算出，地球上的低功率激光器可以发射和操纵配备有硅或氮化硼帆的小型探测器，并将它们推进到比火箭发动机更快的速度。



激光帆不是像船帆那样捕风，而是捕住激光束，原则上可以将航天器推到接近光速的速度。科学家们已经在这个概念上工作了一段时间。例如，一个名为Breakthrough Starshot倡议的私人资助项目旨在将一个小型的、有帆的探测器送到半人马座b，飞行时间只需20年。它将被一个100千兆瓦、一公里见方的激光阵列推进到20%的光速。


研究人员Ho-Ting Tung和Artur Davoyan想知道，低得多的、更小的激光阵列是否能在现在使用的传统电力和化学火箭的应用中找到用途。这些激光器也许有一天能够在发射后调整卫星的轨道，或在行星际或星际任务中推动微小的航行探测器，而不需要大量的燃料。



图为艺术家对Starshot Lightsail航天器在地面激光阵列加速过程中的构想。以前对光帆的概念是想象它们被动地被来自太阳的光推动，但是Starshot的基于激光的方法需要重新考虑光帆的形状和组成，以便它在加速过程中不会融化或撕裂。


研究人员进行了计算，表明即使是功率约为100千瓦、阵列尺寸约为一米的激光器，也可以为1克的探测器提供动力，其速度远远超过目前的纪录，实现这些的激光照明只需几分钟到几小时。根据他们的计算，这些激光器只需一天就能在不同的地球轨道之间操纵小型探测器，这用目前的电力和化学装置是不可能的。该小组确定，允许高反射率和快速冷却的激光帆的最佳材料是纳米级结构的氮化硅和氮化硼。



最后，研究人员计算出，这些微小的激光推动的探测器可以快速行驶，足以逃离太阳系，达到比新视野号探测器高5倍的速度。研究人员说，这些由低功率激光器驱动的航行航天器原型，可以为快速太空探索和未来的星际飞行铺平道路。