Карманные спутники будущего: устройства легче песчинки готовы следить за климатом с высоты

Научная фантастика всё ближе к реальности: исследователи создали тонкие мембраны, способные парить в атмосфере, используя только свет. Эти миниатюрные устройства, представленные в журнале Nature, могут оставаться в воздухе практически бесконечно, а в будущем помогут изучать климат Земли или даже атмосферу Марса.

Секрет полёта

Принцип работы основан на фотофорезе — эффекте, при котором разница температур на поверхности объекта заставляет молекулы воздуха двигаться, создавая подъёмную силу. Этот эффект известен по радиометру Крукса, где металлические лопасти вращаются внутри стеклянного шара.

Команда под руководством Бена Шафера из Гарвардского университета использовала два перфорированных листа оксида алюминия, соединённых миниатюрными столбиками. Одна сторона конструкции поглощает свет, другая — пропускает, что создаёт нужный температурный градиент. Воздух в разреженной мезосфере (50—80 км над Землёй) обтекает и проходит сквозь отверстия, удерживая устройство в полёте.

"Самые эффективные из когда—либо созданных объектов, которые могут летать благодаря этому малоизвестному физическому эффекту, — это идеальные экологичные устройства с вечным двигателем", — сказала специалист по гелиофизике Рут Либерман.

Мезосфера как цель

Мезосфера, которую называют "игноросферой" из—за труднодоступности, слишком плотна для спутников, но слишком разрежена для самолётов и аэростатов. При этом именно здесь наблюдаются тонкие изменения климата: облака в мезосфере очень чувствительны к парниковым газам и водяному пару. Новая технология может заполнить этот пробел в наблюдениях.

Размер и возможности

Оптимизированное устройство имеет диаметр всего 6 см и весит не более 10 мг — как несколько песчинок. Несмотря на скромные размеры, оно способно нести датчик для измерения климата или миниатюрную радиосистему с антенной и солнечной панелью.

Учёные подсчитали: в полярных широтах летом оно может летать бесконечно, а ночью подпитываться инфракрасным излучением от Земли. Вблизи экватора устройство работает только днём.

"Я могу представить себе глобальный флот таких устройств, которые запускаются несколько раз в день в рамках регулярного прогнозирования погоды", — отметила Либерман.

От Земли к Марсу

Технологию планируют испытать и за пределами Земли. Атмосфера Марса по разреженности напоминает земную мезосферу, и такие "микродроны" могли бы стать дополнением к орбитальным аппаратам.

"Орбитальные станции плохо изучают нижние слои атмосферы Красной планеты. Рой сверхлёгких летательных аппаратов сможет фиксировать ветер, влажность и другие параметры марсианской погоды в реальном времени", — по словам геофизика Эдвина Кайта из Чикагского университета.

Проблемы и перспективы

Несмотря на огромный потенциал, проект сталкивается с трудностями финансирования. В США ряд климатических миссий был свёрнут, и Шафер ищет поддержку в частном секторе. В 2023 году он основал компанию Rarefied, чтобы коммерциализировать новые устройства.

"Этот малоизученный физический механизм, который люди столько лет считали новинкой, можно использовать для чего-то полезного", — подчеркнул Шафер.

Если технология будет развиваться, в ближайшие годы человечество может получить совершенно новый инструмент для изучения климата и планетарных атмосфер.