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.

Развертываемых композитной стрелы. Источник: NASA

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 23х23×34 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, то ведущиеся сейчас исследования по улучшению данного метода продолжатся, 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.

Парус проекта «Знамя 2». Фото со станции «Мир»

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.