Продемонстрированы прототипы микродронов, способных летать у самой границы космоса

Условной границей атмосферы и космического пространства считается линия Кармана высотой 100 километров. Выше этого уровня воздух становится слишком разреженным, и, чтобы аэродинамические аппараты — такие как самолеты — могли оставаться в полете, им потребуется развивать скорость, равную первой космической. Это делает авиацию на такой высоте практически бессмысленной.

Однако в реальности редко какие самолеты поднимаются выше 10-километровой высоты. А в мезосфере Земли, на высотах 50-80 километров, воздух уже так разрежен, что двигаться там могут лишь специализированные летательные аппараты и даже воздушные шары удерживаются в полете с трудом. Использовать эти высоты с пользой позволят микродроны новой конструкции, которые команда Игоря Баргатина из Университета Пенсильвании представила на страницах журнала Science Advances.

©Science News, Azadi et al., 2021

Для демонстрации концепции авторы использовали небольшие (шесть миллиметров в диаметре) диски, вырезанные из легкого, прозрачного полиэтилентерефталата (ПЭТ, он же — майлар или лавсан). Нижнюю сторону окружностей покрыли тонким слоем углеродных нанотрубок. Помещенные в вакуумную камеру, в которой имитировалась плотность воздуха на высоте мезосферы, такие устройства могли оставаться в полете за счет энергии падающего излучения — как лазерного, так и обычного солнечного.

Дело в том, что углеродные нанотрубки замечательно поглощают прошедшее сквозь ПЭТ излучение, заметно нагреваясь. Это вызывает локальное повышение температуры воздуха под диском, что, в свою очередь, создает направленную вверх подъемную силу, которая удерживает миниатюрный диск в воздухе, словно летающий «ковер-самолет» из сказки.

Левитация микроскопических частиц из-за неравномерного нагревания на свету называется фотофорезом, и, по словам авторов, им впервые удалось добиться стабильности такого полета. Расчеты показывают, что подобные микродроны могут подолгу, не расходуя энергии, оставаться в воздухе на большой высоте и нести на борту миниатюрные инструменты.