NASA Office of the Chief Technologist (OCT) przyznało grupie naukowców z NASA Goddard Space Flight Center 100.000 dolarów funduszy na badanie możliwości pobierania próbek planetarnych lub atmosferycznych za pomocą wiązki lasera.
Lider projektu Paul Stysley oraz członkowie grupy badawczej Demetrios Poulios i Barry Coyle badać mają metody wykorzystania lasera do uwięzienia próbek i przetransportowania ich za pomocą światła lasera do odpowiedniego instrumentu, który określiłby ich skład. Badacze twierdzą, że mimo iż zdaje się, że pomysł ten pozostaje w kręgu zainteresowań science fiction, to nie wykracza on poza nasze obecne możliwości technologiczne.
– Pierwotnie myśleliśmy o wykorzystaniu promieni przyciągających do usuwania śmieci, znajdujących się na orbicie, ale ściągnięcie czegoś tak dużego jest niemożliwe, przynajmniej na razie. Wtedy jednak pojawił się pomysł, aby wykorzystać to samo podejście do pobierania próbek. – mówi Stysley.
Fundusze na badania pochodzą z niedawno ponownie ustanowionego przez OCT programu NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), który ma wspierać rozwój kosmicznych technologii przyszłości. Badanie wykorzystania wiązki lasera do pobierania próbek jest jednym z zaledwie 30 projektów, spośród setek nadesłanych propozycji, którym przyznane zostały fundusze na pierwszą fazę rozwoju.
{youtube}i96JmNcoSj4{/youtube}
Symulacja przedstawiająca proces pobierania próbek z warkocza komety / Credits: youtube.com, NASAexplorer
Naukowcy zidentyfikowali trzy różne techniki pobierania próbek za pomocą wiązki lasera. Próbkami tymi mogą być zarówno cząstki, jak i pojedyncze molekuły, wirusy, kwasy rybonukleinowe czy w pełni funkcjonujące komórki. Zadaniem badaczy będzie teraz wybranie najlepszej z trzech rozważanych technik.
Jedną z nich jest optyczny wir, zwany inaczej optycznymi szczypcami. W metodzie tej wykorzystywane są dwie przeciwbieżne wiązki, a próbka uwięziona zostaje w „ciemnym rdzeniu” powstałej pierścieniowej geometrii. Poprzez zwiększanie i zmniejszanie intensywności jednej z wiązek, powietrze wokół uwięzionej cząstki rozgrzewa się i próbka przemieszcza się wzdłuż centrum pierścienia. Wadą tego rozwiązania jest potrzeba występowania atmosfery.
Kolejną metodą jest wykorzystanie wiązek solenoidalnych, tj. takich, których intensywność osiąga maksimum spiralnie wokół osi propagacji. Testy pokazały, że użycie takiej wiązki pozwala na pochwycenie próbki i przetransportowanie jej wzdłuż całej wiązki światła. Zaletą takiego rozwiązania jest to, że w przeciwieństwie do optycznego wiru, nie potrzebuje ono atmosfery, jako że polega jedynie na efektach elektromagnetycznych.
Trzecia technika istnieje tylko na papierze i nie została nigdy zademonstrowana w laboratorium. Wykorzystuje ona wiązkę Bessela, która różni się od normalnej wiązki lasera tym, że na przeszkodzie nie wygląda jak sama kropka, ale jak kropka otoczona koncentrycznymi kręgami (jak fale na wodzie, po wrzuceniu do niej kamienia). Teoretycznie wiązka taka mogłaby indukować pola elektryczne i magnetyczne na ścieżce obiektu, co z kolei spowodowałoby wyrzut światła do przodu i w efekcie pociągnęłoby próbkę do tyłu, przeciwnie do ruchu wiązki.
Wykorzystanie wiązek laserowych do zbierania próbek mogłoby zastąpić dotychczasowe skomplikowane i kosztowne metody. Obecnie wykorzystywane są różne techniki, takie jak aerożel wykorzystywany przez sondę Sturdust czy pobieranie próbek poprzez nawierty, jak to robić będzie marsjański łazik Curiosity. Optyczna metoda zbierania próbek byłaby jednak z pewnością tańsza, a dodatkowo miałaby większy zasięg: pozwalałaby na pobieranie próbek z powierzchni i dolnych partii atmosfery z pojazdu naziemnego oraz z górnych partii atmosfery bezpośrednio ze statku kosmicznego.
Gdy naukowcy wybiorą już najlepszą i najbardziej optymalną metodę, będą mogli zacząć tworzyć koncepcję całościowego systemu i ubiegać się o dalsze fundusze na kolejne fazy projektu.
Żródło: NASA
