Что такое солнечный парус и как он работает
Солнечный парус — это инновационное устройство для перемещения в космическом пространстве, использующее для создания тяги давление солнечного света. По сути, это огромное, сверхтонкое и легкое зеркало (часто из металлизированной пленки), которое "ловит" фотоны, излучаемые Солнцем. Импульс этих частиц, хотя и чрезвычайно мал, передается парусу, постепенно разгоняя космический аппарат. Интересно, что в качестве паруса могут выступать и другие элементы корабля, например, солнечные батареи или радиаторы системы терморегуляции. Главный недостаток технологии — крайне низкая сила давления солнечного света, которая к тому же резко ослабевает по мере удаления от Солнца, следуя закону обратных квадратов.
История идеи: от теории к первым проектам
Первые серьезные научные изыскания в области использования солнечного давления для космических полетов провел советский ученый-энтузиаст Фридрих Артурович Цандер в середине 1920-х годов. В одной из своих ранних работ он прозорливо отметил: «Для межпланетных перелетов... наиболее эффективным будет использование огромных зеркал или экранов из тончайших листов... Такие зеркала не требуют топлива и не создают разрушительных нагрузок на конструкцию корабля». Цандеру удалось не только сформулировать теоретические основы полета, но и в общих чертах описать конструкцию устройства, которое сегодня мы знаем как солнечный парус, заложив фундамент для будущих разработок.
Конструкции и модификации: квадратный парус и гелиоротор
Сегодня в центре внимания конструкторов находятся две основные модификации солнечного паруса: классический квадратный парус и более сложный гелиоротор (солнечный гироскоп). Практический импульс этим разработкам дала необходимость отправки миссии к комете Галлея, хотя в итоге для той задачи выбрали солнечно-электрические двигатели.
Квадратный парус по своей конструкции напоминает воздушного змея: он имеет жесткие несущие мачты из сверхлегких сплавов и материалов. Однако детальный анализ проблем управления, развертывания такой конструкции на орбите и стабилизации полета заставил ученых обратить больше внимания на альтернативу — гелиоротор. Идея ротора, предложенная Р. Макнилом еще до квадратного паруса, долгое время не находила применения из-за неясности с траекториями движения. Сейчас же многие эксперты считают именно гелиоротор наиболее перспективной разработкой на ближайшее десятилетие. Его ключевое преимущество — способность совершать полет с углом наклона к орбите более 90°. Предполагается, что вывод такого аппарата на орбиту будет многоэтапным, а финальной операцией станет раскрытие легких пленочных лопастей.
Практическое применение и реальные миссии
Несмотря на кажущуюся футуристичность, солнечные паруса уже нашли практическое применение в космонавтике. Еще в 1964 году они использовались в качестве исполнительных органов для коррекции орбиты, ориентации и стабилизации американских автоматических межпланетных станций «Маринер-3» и «Маринер-4».
Первый же в мире космический аппарат, чье движение должно было полностью основываться на принципе солнечного паруса, стал «Космос-1» — амбициозный совместный проект России и США. Его главными задачами были: всестороннее исследование возможностей новой технологии, включая ее использование в качестве "буксира", и отработка методов управления такими аппаратами. «Космос-1» был оснащен большим парусом диаметром около 30 метров, состоящим из 8 отдельных сегментов.
Запуск был осуществлен 21 июня 2005 года в 23:46 по московскому времени с подводной лодки «Борисоглебск» в Баренцевом море с помощью конверсионной ракеты-носителя «Волна», созданной на базе баллистической ракеты РСМ-50. К сожалению, миссия завершилась неудачей: на 83-й секунде полета произошел сбой в работе первой ступени носителя. Аппарат не смог набрать необходимую для выхода на орбиту высоту и упал, так и не раскрыв свой парус. Несмотря на эту неудачу, эксперимент стал важным шагом в развитии технологии, доказавшим реальность ее практической реализации.