آنتن از جنس هوا؛ دانشمندان با لیزر رشته‌ای از پلاسما ساختند

دانشمندان موفق شده‌اند با استفاده از تکنولوژی پیشرفته لیزر، آنتنی از جنس هوا ایجاد کنند که با خاموش شدن پرتو، به‌طور کامل از میان رفتن و ناپدید می‌شود. این دستاورد علمی که مرز میان ماده و انرژی را جابه‌جا کرده، نویدبخش تحولی بزرگ در سیستم‌های ارتباطی ماهواره‌ای و فضایی است.

جادوی پلاسما؛ چگونه هوا به رسانای امواج تبدیل می‌شود؟

در آزمایش‌های انجام شده توسط پژوهشگران دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی (NC State)، از یک لیزر فوق‌العاده پرقدرت برای یونیزه کردن مولکول‌های هوا استفاده شده است. این فرآیند باعث جدا شدن الکترون‌ها و ایجاد مخلوطی از یون‌ها و الکترون‌های آزاد می‌شود که به آن پلاسما می‌گویند.

این رشته باریک از پلاسما که در تاریکی آزمایشگاه مانند یک شمشیر نوری درخشان به نظر می‌رسد، می‌تواند نقش یک رسانای الکتریکی را ایفا کند. در واقع، این آنتن پلاسمایی برخلاف آنتن‌های سنتی که از فلز ساخته شده‌اند، هیچ وزن یا حجم فیزیکی دائمی از خود باقی نمی‌گذارد.

"این نخستین نمایش کارکرد آنتن از جنس رشته‌ی پلاسمای القاشده با لیزر است."

چالش‌های مهندسی و نبرد با توان ۵۰ گیگاواتی

برای خلق این کانال نوری که حتی از تار موی انسان نیز باریک‌تر است، دانشمندان با چالش‌های فیزیکی پیچیده‌ای روبرو بودند. آن‌ها از تقویت‌کننده‌های لیزری استفاده کردند که در هر ثانیه هزار پالس ارسال می‌کنند. اگرچه انرژی هر پالس ناچیز به نظر می‌رسد، اما توان لحظه‌ای آن‌ها به رقم خیره‌کننده ۵۰ گیگاوات می‌رسد.

در این فرآیند، دو نیروی متضاد با هم رقابت می‌کنند:

• تمرکز نوری: شدت بالای لیزر باعث می‌شود هوا مانند یک عدسی، پرتو را متمرکزتر کند.
• پخش پلاسما: پلاسما تشکیل شده تمایل دارد پرتو را از هم باز و پراکنده کند.

توازن میان این دو نیرو، منجر به ایجاد یک رشته پایدار و باریک می‌شود که قادر است سیگنال‌های رادیویی را با موفقیت منتقل کند.

آینده‌ای بدون آنتن‌های فلزی در مدار زمین

ایده اصلی این تحقیق، حل مشکل وزن و ابعاد بزرگ آنتن‌ها در ماهواره‌های کوچک است. در فرکانس‌های پایین، آنتن‌ها نیاز به طول زیادی دارند که برای ماهواره‌ها یک کابوس مهندسی محسوب می‌شود. با استفاده از آنتن لیزری، می‌توان طول و جهت آنتن را تنها با تغییر مسیر پرتو لیزر، بدون نیاز به قطعات مکانیکی پیچیده، تنظیم کرد.

اگرچه آزمایش‌های فعلی در فاصله بسیار نزدیک (حدود ۵ سانتی‌متر) انجام شده، اما پتانسیل این فناوری برای استفاده در فضای رقیق‌تر (کم‌فشار) بسیار بالا است. این مسیر می‌تواند منجر به ساخت ماهواره‌هایی سبک‌تر و با قابلیت‌های راداری بسیار منعطف‌تر شود.

در نهایت، آزمایش موفقیت‌آمیز این تیم نشان داد که می‌توان با بهره‌گیری از پدیده یونیزاسیون، از هوا به عنوان یک ابزار ارتباطی استفاده کرد. اگرچه هنوز راه زیادی برای کاربردهای تجاری و فضایی باقی مانده، اما این آنتن از جنس هوا گام بزرگی در جهت ادغام فناوری‌های نوری و مخابراتی است.