tl; dr: Die Technik funktioniert nur bei niedrigem Druck und bei einem kleinen Druckunterschied zwischen oben und unten, also ist sie wirklich nur für extrem dünne und leichte "Mikroflyer" und nicht auf große Raumfahrzeuge erweiterbar.

Das Video ist mit dem Open-Access -Artikel in der Wissenschaft „ Controlled levitation of nanostructured thin films for sun-powered near-space flight“ verlinkt und es gibt ein langes PDF mit weiteren Informationen und sechs Videos in den ergänzenden Materialien des Artikels .

Schauen wir uns die Zusammenfassung des Papiers an:

Zusammenfassend zeigte diese Arbeit einen Ansatz zur photophoretischen Levitation makroskopischer Strukturen, der keinen Temperaturgradienten innerhalb des Objekts erfordert, und bietet einen Weg zur Entwicklung erschwinglicher photophoretischer Mikroflyer für die Mesosphäre. Wir haben ein theoretisches Modell für dünne Scheiben entwickelt, das mit den Experimenten übereinstimmt, die mit kostengünstigen Herstellungsmethoden durchgeführt wurden. Die Levitationstests waren bei Drücken von ~10 Pa und einer einfallenden Lichtintensität von 0,5Wcm2 erfolgreich. Wir haben auch eine Methode vorgestellt, um das Schweben der dünnen Mikroflyer einzufangen und zu kontrollieren. Zuletzt zeigte die photophoretische Levitation durch die Δα-Kraft eine konsistente Richtung der nach oben gerichteten Auftriebskraft, unabhängig von der Richtung des einfallenden Lichts.

Unser experimentell validiertes Modell sagt voraus, dass der gleiche Ansatz im nahen Weltraum in Höhen zwischen 50 und 100 km verwendet werden kann. Solche Mikroflyer können Sonnenlicht oder einen Laserstrahl aus jeder Richtung verwenden, um für längere Zeit in der Schwebe zu bleiben, was beispielsweise die Kartierung von Windströmungen in diesen großen Höhen ermöglicht, indem der Standort dieser Flyer mit einem Radar oder Lidar verfolgt wird. Es besteht eine große Chance, die Kraft weiter zu erhöhen, indem die Differenz der Akkommodationskoeffizienten erhöht und das Infrarotemissionsvermögen verringert wird. Solche Verbesserungen werden es den Microflyern ermöglichen, Nutzlasten von bis zu 10 mg zu transportieren, die aus dünnen Substraten oder intelligenten Staubsensoren für Wetter- und Klimaanwendungen bestehen können, wie z. B. zur Messung von Temperatur, Druck oder Kohlendioxidgehalt.

1. Die Demonstration biete "einen Weg zur Entwicklung erschwinglicher photophoretischer Mikroflyer für die Mesosphäre".
2. Diese "Mikroflyer können Sonnenlicht oder einen Laserstrahl aus jeder Richtung verwenden, um für längere Zeit in der Schwebe zu bleiben, was beispielsweise die Kartierung von Windströmungen in diesen großen Höhen ermöglicht, indem der Standort dieser Flyer mit einem Radar oder Lidar verfolgt wird."

Wie funktioniert es? Was ist das Prinzip?

Abgeschnitten von Abbildung 1.

Eine dünne Scheibe mit geringer Masse absorbiert Sonnenlicht oder Laserlicht und wird in einem Teil der Atmosphäre mit sehr geringer Dichte, in dem die Kühlung weniger effizient ist, ziemlich warm oder heiß. Wenn Luftmoleküle mit den heißen Oberflächen kollidieren, streuen sie im Durchschnitt mit einer höheren Geschwindigkeit.

Wenn sich die Details der Formen der Mikrostrukturen oder Nanostrukturen auf jeder Seite unterscheiden, können sie die Streuung von Luftmolekülen auf einer Seite im Vergleich zur anderen in gewisser Weise verstärken; sie verhindern, dass die Moleküle mit einer senkrechten Geschwindigkeitskomponente auf einer Seite zurückprallen; Aufgrund verschnörkelter Nanostrukturen auf einer Oberfläche streuen die Moleküle eher auf der einen Seite als auf der anderen von links nach rechts.

Auf mikroskopischer Ebene ist Druck einfach die Summe all der Millionen kleiner Impulse, die eine Oberfläche durch all die kleinen Moleküle erfährt, die sie treffen. Ist die Summe aller Normalkomponenten auf einer Seite kleiner als auf der anderen, dann liegt eine Druckdifferenz vor.

Integrieren Sie das über die Oberfläche und Sie haben Auftrieb!

Hinweis: Dies funktioniert, wenn die mittlere freie Weglänge der Moleküle lang genug ist, dass sie von der nanostrukturierten Oberfläche wegstreuen, bevor sie mit anderen Molekülen interagieren. Derzeit funktioniert die Technik nicht auf Meereshöhe; Sie müssen diese auf andere Weise in einen Teil der Atmosphäre mit niedrigem Druck bringen.

Wie viel Auftrieb gibt es?

Der Auftrieb ist die Druckdifferenz mal der Fläche. Die Druckdifferenz ist ein kleiner Bruchteil des gesamten atmosphärischen Drucks, der in der Zusammenfassung des Papiers im Bereich von 10 bis 30 Pa liegt, die Druckdifferenz wird ein kleiner Bruchteil davon sein. Der Druck an der Erdoberfläche beträgt zum Vergleich 100.000 Pa.

Wir sprechen also von einem 100.000stel bis zu einem Millionstel von 15 psi. Winzig.

Die Frage stellt sich:

Wie stark müsste ein Laser sein, um diese Art von Antrieb auf eine Entfernung von zB 80 km durchführbar zu machen, und wie groß könnte ein Fahrzeug realistischerweise bis zu dieser Höhe gekauft werden?

Ich schließe mich der Einschätzung von @Uwe an , dass ein "großes Fahrzeug" niemals durch diesen speziellen Mechanismus schweben wird.

Dies gilt ausschließlich für mesosphärische photophoretische Mikroflyer.

Eine makroskopische Polymerfolie mit nanostrukturierter Oberfläche, bestehend aus einer 0,5 Mikrometer dicken Mylarfolie, die auf einer Seite mit Kohlenstoffnanoröhren beschichtet ist, eine Scheibe von 6 mm Durchmesser ist meiner Meinung nach etwas ganz anderes als ein Handwerk.

Das Experiment mit diesem Mikrofilmobjekt wurde in einer Vakuumkammer bei Drücken zwischen 10 und 30 Pa durchgeführt. Das Erreichen der oberen Atmosphäre von der Erdoberfläche wurde also nicht nachgewiesen.

In einer Höhe von etwa 80 km über dem Boden beträgt der Druck 10 Pa. Um diese Mikroscheiben in dieser Höhe mit einem Laser vom Boden aus zu verwenden, sollte eine Fläche von etwa 1 km Durchmesser beleuchtet werden. Die tatsächliche Position dieser Scheiben konnte nicht genau vorhergesagt werden. Wenn in der Vakuumkammer ein Kreis von 1 m beleuchtet wird, wie viel Laserleistung wird für 1 km Durchmesser benötigt? Die Fläche eines Kreises ist proportional zum Quadrat des Durchmessers, also brauchen wir eine Million Mal mehr Leistung vom Laser.

Wenn nur die darunter liegende Luft erwärmt wird, erhält man keine gerichtete Strömung der erwärmten Luft. Es ist, als würde man eine Brennkammer in zwei Hälften schneiden und nur die obere Hälfte ohne Düse verwenden.

Für eine Scheibe von 0,6 m Durchmesser in freier Luft über der Erde bräuchten wir etwa den 100-fachen Durchmesser, die 100-fache Dicke und den 10.000-fachen Luftdruck. Wir sind also etwa 100 Millionen Mal vom Ziel entfernt, meiner Meinung nach viel zu weit.

Von einem 1-Kilobit-Speicherchip bis zu einem 16-Gigabit-Chip haben wir 40 Jahre gebraucht. 4 Jahrzehnte für Faktor 16 Millionen Speicherdichte. Diese enorme Steigerung wurde erreicht, indem die Speichergröße alle 3 Jahre und 4 Monate vervierfacht wurde, ein Faktor von$2^{24}$in 40 Jahren.

Wenn wir einen Faktor von tun$10^8$Mit diesem Film erhalten wir nur eine 600-mm-Scheibe mit einer Dicke von 50 µm und einen Druckbereich von 1 bar bis 10 Pa. Immer noch ein Faktor von 1000, um auf eine 6-m-Scheibe mit einer Dicke von 5 mm zu kommen. Aber welche Größe brauchen wir für eine Nutzlast von etwa 100 g bis kg?