Ograniczenia napędu świetlnego przy dużych prędkościach
Chao Shen i Jiaze Li z Instytutu Technologii w Harbinie analizowali działanie napędu opartego na ciśnieniu promieniowania. Żagle słoneczne mogą być rozpędzane światłem Słońca albo wiązką lasera kierowaną z zewnętrznego źródła.
Ciśnienie promieniowania powstaje, gdy fotony przekazują pęd powierzchni żagla. W modelu uwzględniono światło padające na żagiel, odbicie zwierciadlane oraz rozpraszanie rozproszone, obejmujące pochłonięcie i ponowną emisję fotonów w różnych kierunkach. Przy prędkościach znacznie niższych od prędkości światła oddziaływania te mogą wytwarzać siłę zgodną z kierunkiem ruchu żagla.
Wraz ze wzrostem prędkości zmienia się energia i kierunek promieniowania obserwowanego przez poruszający się żagiel. Relatywistyczny efekt Dopplera obniża częstotliwość światła docierającego z tyłu do obiektu oddalającego się od źródła. Oznacza to spadek siły, którą może zapewnić wiązka laserowa lub promieniowanie słoneczne.
Autorzy wskazują również na znaczenie relatywistycznej aberracji światła. W ich obliczeniach przy prędkościach przekraczających około 0,75 prędkości światła rozpraszane fotony mogą tworzyć składową siły przeciwną do ruchu żagla. Analiza dotyczy oddziaływań radiacyjnych i nie obejmuje międzygwiezdnego gazu, pyłu ani ograniczeń wytrzymałości materiałów. Rozwijane materiały o projektowanych właściwościach optycznych, w tym metamateriały, mogą służyć do kształtowania odbicia i rozpraszania światła oraz do kontroli trajektorii żagla.
