Kim Jonghyung 教授-哈佛大学·芝加哥大学联合研究团队证实
基于纳米结构体的太阳能推进近太空飞行器开发
国立釜庆大学材料工学专业教授 Kim Jonghyeong 与哈佛大学、芝加哥大学联合研究团队，设计并制造出了仅依靠太阳光即可实现空中悬浮的超轻量纳米晶格结构体，并以此世界首次在实验上验证了其在地球大气中间层（高度50～100公里）飞行的可行性。
此次研究成果已于8月14日发表于国际学术期刊《自然》（Nature）。
距地面50～100公里上空的大气中间层（Mesosphere，中间层）高度对于飞机和气象观测气球来说过高，而对于人造卫星来说又过低，以现有技术难以进入这一大气层区域。
这一高度区间本可提供提高气候变化预测和气象模型精度所必需的数据，但长期以来由于缺乏观测手段，一直被称为“气候观测的盲区”。
此次开发的自我浮升飞行器无需消耗燃料，仅依靠太阳光即可实现半永久性空中悬浮，预计今后将在中间层探测中发挥重要作用。
▲基于纳米晶格结构的设计与制造技术，扩展至厘米级
研究团队开发了基于纳米晶格结构（Nanolattice）的设计方法，同时兼顾机械强度与轻量化。由 Kim Jonghyeong 教授主导设计和制造的本次结构体，采用了全新工艺，将原本仅停留在数毫米尺度制造的纳米晶格结构，扩展到可快速制成厘米级的大面积结构。由此在大面积上实现了既超轻量又保持机械稳定性的结构体，清晰展示了纳米晶格结构的实际应用可能性。
▲应用“光致迁移”原理实现光驱飞行
研究团队利用的“光致迁移（Photophoresis）”现象，是指在极低压环境下，物体一侧表面被加热时，被更强烈反射的气体分子会产生推力的物理现象。研究团队在氧化铝（Aluminum Oxide）基纳米晶格结构体的下部镀上一层铬，以提高光吸收率，并通过设计使由表面温度差产生的光致迁移力能够超过结构体本身的重量。
▲成功进行真实中间层环境模拟实验
在哈佛大学 Vlassak 教授研究室中，由 Kim Jonghyeong 教授制作的该结构体直径约1厘米、厚度约100微米，内部采用厚度约100纳米的薄膜构成精密的纳米晶格形态。
研究团队在自制的低压腔体中，在太阳光强度55%、大气压26.7帕（相当于地面约60公里高度）的条件下，确认了结构体实现空中悬浮。这是首个在实验上证明可在中间层持续飞行的案例。
▲拓展至气候观测、通信与行星探测
该技术可搭载超轻量传感器，收集风速、气压、温度等中间层实时环境数据，从而提高气候模型的精度；同时，可利用多个自我浮升飞行器，在高空大气层构建浮空通信平台，用于搭建低时延通信网络。此外，该技术在火星等稀薄大气行星上的应用潜力也很高，正作为下一代行星探测技术备受关注，包括美国国家航空航天局（NASA）在内的机构也已表示关注。
▲Kim Jonghyeong 教授：“展现纳米晶格结构的新可能性”
Kim 教授表示：“本研究是将纳米晶格结构从单纯的实验室材料，发展为可应用于真实大气与宇宙环境的结构体的案例”，并称“今后将整合通信功能和多种传感器，将其拓展为实时观测和行星探测技术”。
Kim Jonghyeong 教授目前正推进后续研究，以提升该结构体的性能和可靠性；同时，为成功开展相关研究，他也在材料工学专业中致力于培养能够跨越材料工学边界、开展多种融合研究的创新型人才。
本研究在哈佛大学 Star-Friedman Challenge 以及美国国家科学基金会（National Science Foundation）资助下完成，所开发的技术已通过哈佛大学技术商业化中心转移至初创企业 Rarefied Technologies，正推进商业化进程。
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