Вкратце: этот метод работает только при низком давлении и при небольшой разнице давлений между верхом и низом, поэтому он действительно подходит только для очень тонких и легких «микрофлаеров» и не может быть распространен на большие космические корабли.

Видео ссылается на научную статью с открытым доступом «Управляемая левитация тонких нанопленок для ближнего космического полета на солнечной энергии», а в дополнительных материалах к статье есть длинный PDF-файл с дополнительной информацией и шестью видео .

Давайте посмотрим на резюме статьи:

Таким образом, эта работа продемонстрировала подход к фотофоретической левитации макроскопических структур, который не требует температурного градиента внутри объекта, предлагая путь к разработке доступных фотофоретических микролетателей для мезосферы. Мы разработали теоретическую модель для тонких дисков, которая показала согласие с экспериментами, проведенными с использованием недорогих методов изготовления. Испытания на левитацию прошли успешно при давлении ~10 Па и интенсивности падающего света 0,5 Вт/см2. Мы также представили метод отлова и управления зависанием тонких микрофлаеров. Наконец, фотофоретическая левитация с помощью Δα-силы показала постоянное восходящее направление подъемной силы независимо от направления падающего света.

Наша экспериментально подтвержденная модель предсказывает, что тот же подход можно использовать в ближнем космосе на высотах от 50 до 100 км. Такие микролетающие аппараты могут использовать солнечный свет или лазерный луч с любого направления, чтобы оставаться в воздухе в течение продолжительных периодов времени, что позволяет, например, картографировать ветровые потоки на таких больших высотах, отслеживая местоположение этих летающих объектов с помощью радара или лидара. Существует большая возможность дальнейшего увеличения силы за счет увеличения разницы в коэффициентах аккомодации и уменьшения коэффициента излучения инфракрасного излучения. Такие улучшения позволят микролетающим аппаратам нести полезную нагрузку до 10 мг, которая может состоять из тонкой подложки или интеллектуальных датчиков пыли для погодных и климатических приложений, таких как измерение температуры, давления или уровня углекислого газа.

1. Демонстрация предлагает «путь к разработке доступных фотофоретических микрофлаеров для мезосферы».
2. Эти «микрофлаеры могут использовать солнечный свет или лазерный луч с любого направления, чтобы оставаться в воздухе в течение продолжительных периодов времени, что позволяет, например, отображать потоки ветра на таких больших высотах, отслеживая местоположение этих летательных аппаратов с помощью радара или лидара».

Как это работает? Каков принцип?

Вырезано из рисунка 1.

Тонкий диск с малой массой поглощает солнечный свет или лазерный свет и становится довольно теплым или горячим в части атмосферы с очень низкой плотностью, где охлаждение менее эффективно. Когда молекулы воздуха сталкиваются с горячими поверхностями, они разлетаются в среднем с более высокой скоростью.

Если детали формы микроструктур или наноструктур с каждой стороны различаются, они могут определенным образом усилить рассеивание молекул воздуха с одной стороны по сравнению с другой; они мешают молекулам отскакивать с перпендикулярной составляющей скорости с одной стороны; молекулы с большей вероятностью будут разлетаться влево-вправо с одной стороны, чем с другой из-за волнистых наноструктур на одной поверхности.

В микроскопическом масштабе давление — это всего лишь сумма всех миллионов слабых импульсов, которые поверхность испытывает при столкновении с ней всех мельчайших молекул. Если сумма всех нормальных составляющих на одной стороне меньше, чем на другой, то имеется разность давлений.

Интегрируйте это по поверхности, и вы получите подъемную силу!

примечание: это работает, когда длина свободного пробега молекул достаточно велика, чтобы они рассеивались от наноструктурированной поверхности, прежде чем взаимодействовать с другими молекулами. В настоящее время этот метод не работает на уровне моря; вы должны получить их в части атмосферы с низким давлением каким-то другим способом.

Сколько там подъема?

Подъемная сила - это разность давлений, умноженная на площадь. Разница давлений составляет небольшую долю от общего атмосферного давления, которое упоминается в реферате статьи в режиме от 10 до 30 Па, разница давлений будет небольшой частью этого. Давление на поверхности Земли для сравнения составляет 100 000 Па.

Итак, мы говорим о стотысячной до миллионной от 15 фунтов на квадратный дюйм. Крошечный.

Вопрос спрашивает:

Насколько мощным должен быть лазер, чтобы сделать такой двигатель возможным на расстоянии, например, 80 км, и насколько большой корабль можно реально купить для такой высоты?

Я согласен с оценкой @Uwe о том, что «большой корабль» никогда не будет подниматься в воздух с помощью этого конкретного механизма.

Это строго для мезосферных фотофоретических микролетающих.

Макроскопическая полимерная пленка с наноструктурированной поверхностью, изготовленная из лавсановой пленки толщиной 0,5 мкм, покрытой с одной стороны углеродными нанотрубками, диск диаметром 6 мм, на мой взгляд, совсем другое дело, чем поделка.

Эксперимент с этим микропленочным объектом проводился в вакуумной камере при давлении от 10 до 30 Па. Таким образом, достижение верхних слоев атмосферы с поверхности Земли не было продемонстрировано.

На высоте около 80 км над землей давление составляет 10 Па. Чтобы использовать эти микродиски на такой высоте с помощью лазера с земли, необходимо осветить площадь диаметром около 1 км. Фактическое положение этих дисков нельзя было точно предсказать. Если в вакуумной камере освещался круг диаметром 1 м, то какая мощность лазера потребуется для диаметра 1 км? Площадь круга пропорциональна квадрату диаметра, поэтому нам нужна мощность лазера в миллион раз больше.

Если нагревается только воздух под ним, вы не получаете направленного потока нагретого воздуха. Это все равно, что разрезать камеру сгорания на две половины и использовать только верхнюю половину без какой-либо форсунки.

Нам потребуется примерно в 100 раз больше диаметра, в 100 раз больше толщины и в 10 000 раз больше давления воздуха для диска диаметром 0,6 м в свободном воздухе над землей. Итак, мы примерно в 100 миллионов раз от финиша, что, на мой взгляд, слишком далеко.

Нам понадобилось 40 лет от чипа памяти на 1 килобит до чипа на 16 гигабит. 4 десятилетия для плотности памяти в 16 миллионов раз. Это огромное увеличение было достигнуто за счет четырехкратного увеличения объема памяти каждые 3 года и 4 месяца, т.е.$2^{24}$в 40 лет.

Если мы сделаем коэффициент$10^8$с этой пленкой мы получаем только 600-миллиметровый диск толщиной 50 мкм и диапазон давления от 1 бар до 10 Па. Все еще коэффициент 1000, чтобы перейти к 6-метровому диску толщиной 5 мм. Но какой размер нам нужен для полезной нагрузки около 100 г на кг?