О новой миссии под названием Advanced Composite Solar Sail System (ACS3) NASA сообщило на своем сайте 23 июня этого года. В ходе эксперимента будут проверены новые композитные сверхлегкие опорные мачты для солнечных парусов. Полученные данные планируют использовать при проектирования более крупномасштабных систем солнечного паруса для метеорологических спутников, миссий по обнаружению околоземных астероидов или ретрансляторов для исследовательских пилотируемых миссий.

Пару слов о солнечных парусах

Уверен, что многие читатели знают о принципе работы солнечного паруса, но все же о нем в двух словах.

Еще в 1900 году русский физик Петр Лебедев измерил давление света. Свет – это одновременно и электромагнитное излучение и поток фотонов. Они, как и любые движущиеся частицы, обладают импульсом, часть которого передают телу, с которым сталкиваются, тем самым оказывая на него давление. Соответственно, поток фотонов Солнца можно использовать для воздействия на парус, и привести в движение тело, на котором он установлен.

Идея двигаться в космосе с помощью солнечных парусов принадлежит Фридриху Цандеру, советскому ученому, одному из первопроходцев в области ракетостроения. Но здесь следует различать два понятия: солнечный свет – это поток фотонов, но существует еще и солнечный ветер – поток ионизированных частиц, который с солнечными парусами никак не связан, хотя по названию и не скажешь. Солнечный ветер может быть использован для другого двигателя, так называемого электрического паруса, но о нем в другой раз.

Сама по себе идея солнечного паруса хороша: нет надобности в топливе на борту корабля, и можно все пустить под полезную нагрузку. Но есть и проблемы. Давление света даже на орбите Земли мало, и уменьшается при отдалении от светила. Поэтому для движения придется использовать паруса очень большой площади, а при достижении границ Солнечной системы, эффективность такого двигателя стремиться к нулю. Но эксперименты и разработки в этом направлении все же ведут, и ниже об одной из них.

Что будут испытывать американцы?

Основная цель миссии – развернуть солнечный парус на орбите с помощью композитных стрел (DCB), которые, как утверждают специалисты НАСА, легче на 75% доступных на сегодняшний момент металлических мачт.

Композитная стрела в сложенном виде выглядит как рулонный материал, намотанный на катушку. Здесь можно провести аналогию с обычной измерительной рулеткой. В скрученном состоянии DCB не занимает много места и имеет малую массу, а при развертывании приобретает форму, похожую на цилиндр и набирает жесткость для удерживания паруса.

Изготовлены такие стрелы из полимерных материалов, армированных углеродным волокном. По заявлениям ученых, материал практически не будет испытывать тепловых деформаций.

На аппарате ACS3 будет установлено 4 стрелы, длинной около 7 метров, которые охватят диагонали квадрата. После раскрытия солнечных батарей, начнут разворачиваться композитные стрелы, тем самым растягивая квадратный парус, площадь которого составит примерно 81 кв. метр. Габариты самого спутника 23х23x34 см. 

На развертывание паруса по подсчетам может уйти от 20 до 30 минут. Цифровые камеры на борту спутника помогут контролировать и оценить результат эксперимента и ориентацию аппарата относительно Солнца. 

Согласно НАСА, технология композитных стрел на данный момент позволяет развернуть парус площадью до 500 кв. метров. Если эксперимент с ACS3 пройдет успешно, до ведущиеся сейчас исследования по улучшению данного метода продолжаться, и в перспективе размеры паруса могут достичь 2 000 кв. метров.

На данный момент все выглядит и звучит достаточно амбициозно, но без испытаний на орбите сложно говорить о таких долгоиграющих перспективах, поэтому как всегда все покажет время и результаты эксперимента.

А что было до этого?

В 1989 году Конгресс США объявил о старте международного проекта космической регаты к Марсу. Событие было приурочено к 500-летию открытия Америки. Планировалось устроить гонку на космических кораблях, оснащенных солнечными парусами в качестве основного двигателя. Свои заявки на участие в конкурсе подали США, Канада, Великобритания, Италия, Китай, Япония и СССР.

Но это грандиозное мероприятие так и не состоялось. Участники столкнулись с техническими и экономическими проблемами и планомерно начали выбывать из конкурса еще до его начала, которое планировалось в 1992 году. Учитывая ситуацию, Конгресс решил отменить мероприятие, к тому же и сам он испытывал недостаток финансирования.

Развал СССР не прекратил развитие отечественного проекта, который трансформировался в миссию “Знамя 2”. В 1992 году корабль “Прогресс М-15” состыковался со станцией “Мир”, экипаж которой установил на него механизм развертывания паруса, диаметр которого составил 20 м. 

После отстыковки “Прогресса” на расстоянии 160 м от станции, парус начал развертывание. На четвертом витке вокруг Земли, с его помощью была освещена ночная сторона планеты отраженным солнечным светом. И хотя небо над Европой было затянуто облаками, немецкие метеорологи измерили яркость светового пятна диаметром около 5 км. Она была сопоставима с яркостью полной Луны.

В этом эксперименте солнечный парус не использовался в качестве двигателя. Здесь лишь проверили концепцию развертывания и провели эксперимент с отраженным светом.

Первым аппаратом, который по настоящему использовал солнечный парус в качестве двигателя, стал японский IKAROS. Его вывели на орбиту 21 мая 2010 года на борту ракеты-носителя HII-A. Материалом для паруса послужила полиимидная пленка толщиной 7,5 микрон. Дополнительно в неё были вшиты тонкие солнечные батареи для генерации электричества. Сам парус представлял собой квадрат со стороной 14 м. Развертывание происходило под действием центробежной силы. В результате вращения спутника, грузы к которым был привязан парус, начали растягивать его. Весь процесс занял почти 7 дней.

На землю были переданы фотографии развернутого паруса, которые сделала самоотстреливающаяся камера. Ее возврат к аппарату предусмотрен не был. После этого IKAROS отправился к Венере и в декабре получил ее изображения, пролетев в 80 тыс. км от планеты. Последние сигналы от корабля были получены в 2014 году.

Еще один аппарат с солнечным парусом, который до сих пор находится на орбите Земли – LightSail-2. Это проект, созданный Планетарным обществом США и запущенный 25 июня 2019 года ракета-носителем Falcon Heavy. Тестовый образец с обозначением LightSail-1 был запущен еще в 2015 году. Это был меньший прототип и как такового полета на солнечных парусах не было. Уже меньше чем через месяц он завершил свою работу. Но данные, полученные в ходе эксперимента, позволили создать LightSail-2.

Этот аппарат реализован на базе спутника CubesSat 10х10х30 см. Сам парус изготовлен из майлара, его площадь составляет 32 кв. метра. Более подробные характеристики ниже на изображении:

Основная цель эксперимента – показать возможность поддерживать спутник на орбите только благодаря солнечному парусу. После года работы на орбите, миссию решили продлить. Команда проекта планирует дальнейшее изучение поведения солнечного паруса в течение 2021 года. А пока данные о местонахождении LightSail-2 и его текущие характеристики может узнать любой желающий на этой странице. 

Дата-центр ITSOFT — размещение и аренда серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве. За последние годы UPTIME 100%. Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии связи, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.