Мировое открытие — солнечный электропарус

В апреле этого года Европейское космическое агентство планирует запустить первую рабочую версию электрического солнечного паруса. Аппарат ESTCube-1 разработан командой специалистов во главе с Пеккой Янхуненом (Финский метеорологический институт). Идея была предложена еще в 2006 году. Солнечным парусом называется специальное приспособление, использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для того, чтобы привести в движение космический аппарат подобно тому, как паруса приводят в движение обычный корабль или лодку.

Фото:

Идея полетов в космос с использованием солнечного паруса родилась еще в 20-е годы прошлого столетия и принадлежит одному из пионеров ракетостроения — нашему соотечественнику Фридриху Цандеру. Цандер основывался на том, что фотоны (частицы солнечного света) обладают импульсом, который можно передавать любой освещаемой поверхности, создавая давление. Впервые величина давления солнечного света была измерена в 1900 году русским физиком Петром Лебедевым.

Давление солнечного света чрезвычайно мало. На земной орбите оно составляет около 5·10⁶ Н/м2 и уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Однако, поскольку солнечный парус не требует потребления ракетного топлива и может действовать практически неограниченный период времени, перспективы его использования и сегодня выглядят довольно привлекательными.

Несколько раз эффект солнечного паруса применяли для проведения малых коррекций орбит космических аппаратов, при этом в роли паруса выступали солнечные батареи или радиаторы системы терморегуляции. Пока единственный в мире летательный аппарат, полностью работающий на так называемом "солнечном парусе" — это межпланетный IKAROS, созданный Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA). Спутник был запущен в 2010 году. Его парус-двигатель состоял из 200 квадратных метров полиамидной пленки толщиной в 7,5 микрометра.

Читайте также: Космический мусор отбуксируют с орбиты?

Недавно НАСА заявило о том, что планирует на 2014 год запуск собственного космического паруса Sunjammer. Его площадь составит 1 208 метра. Это в несколько раз больше, чем у IKAROS. Его парус тоже является полиамидным, но при этом он в полтора раза тоньше, чем у IKAROS — около 5 микрометров. Поэтому вес паруса составляет лишь 32 килограмма.

Новая модель, предлагаемая финнами, подразумевает развертывание вокруг ускоряемого космического аппарата (КА) вместо полиамидной пленки группы длинных легких микротросов диаметром 20-50 микрометров. Электронная пушка на борту зонда, получающая питание от солнечных батарей, станет выбрасывать пучки электронов, которые придадут тросам положительный заряд. В результате они будут отталкивать ионы солнечного ветра, придавая аппарату слабый импульс в противоположном направлении.

При выводе на орбиту ESTCube-1 будет использоваться около 10 метров тросов, тогда как общие размеры спутника составляют 10×10×11,35 сантиметров, его внутренний объем равен примерно 1 литру, а масса — 1,048 килограмма. Пока в задачи зонда входит всего лишь развернуть на орбите микротросы и испытать с их помощью возможность ускорения и маневрирования в космосе. В 2014 году финны запустят еще один подобный спутник, КА Aalto-1, на этот раз оснащенный тросами 100-метровой длины.

Читайте также: НАСА не дождется показаний от "Вояджера"?

Преимущества новой схемы в том, что получаемый от ионов импульс окажется в среднем примерно в 200 раз меньше, чем импульс, воздействующий на фотонный солнечный парус аналогичных размеров. При этом процесс изготовления микротросов куда проще, чем пленки для фотонного паруса. К тому же, импульс тросикам будут придавать и те частицы, которые пройдут в пространство между ними. И при удалении их на 100 метров от аппарата возникнет импульс такой же, как при использовании фотонного солнечного паруса, площадь которого в 200 раз меньше.

Управление электрическим парусом нового образца тоже выглядит довольно простым, поскольку чем меньше электронных пучков испускает электронная пушка, тем меньше микротросы притягивают ионы солнечного ветра, а значит, нет нужды поворачивать парус при помощи механических приспособлений.

Если производство таких парусов удастся поставить на поток, то при малых нагрузках они смогут, не используя топлива, развивать скорости выше 50 километров в секунду. Это составляет около 10 астрономических единиц в год, что втрое быстрее скорости пресловутых "Вояджеров".

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"