Что такое «солнечный парус» и как он работает?
На данный момент большинство искусственных спутников, которые кружатся вокруг нашей планеты, работают на энергии ионных двигателей. Эти двигатели тяжелы, стоят довольно дорого и работают всего около трех лет, поэтому ученые уже давно пытаются найти им альтернативу. В далеком 1920 году советский изобретатель Фридрих Цандер осознал, что для полетов в космосе можно использовать подобие парусов, используемых в кораблях. Но как, по его мнению, паруса могут приводить в движение космические объекты? Ведь в космосе нет ветра.
Как летают спутники?
Дело в том, что в космосе есть замечательная альтернатива ветру — солнечный свет, который состоит из невообразимого количества частиц, называемых фотонами. Каждая из них может ударяться о твердые поверхности и создавать давление, которое способно толкать объекты вперед. Представьте, как бильярдный шар сталкивается с другими шарами на столе — примерно так фотоны света и воздействуют на поверхность паруса. Так почему бы не сделать так, чтобы этой твердой поверхностью был огромный парус, а движимым объектом — крошечный спутник?
Ученые много раз пытались привести космические спутники в движение при помощи солнечных парусов, но им это долго не удавалось. Дело в том, что сила частиц солнечного света очень мала и ее не хватает для того, чтобы толкать большие спутники вперед. Ученым потребовались десятки лет, чтобы уменьшить спутники до размеров крохотных смартфонов. Одними из таких компактных аппаратов являются кубсаты, которые изготавливаются в размерах 10 х 10 х 11 сантиметров. Несмотря на малые размеры, у них есть все необходимое для наблюдения за Землей.
Первый работающий солнечный парус
Первым космическим спутником с работающим солнечным парусом стал японский аппарат IKAROS. Его запуск состоялся 21 мая 2010 года, когда тонкий парус с 20-метровой диагональю пребывал в сложенном виде. После выхода на орбиту, парус начал раскрываться и завершил этот процесс только спустя неделю после начала. При помощи этого паруса и солнечного света, аппарат смог регулировать направление своего движения. Однако, потом аппарат попал в тень и впал в «спячку», из-за чего эксперимент пришлось остановить.
Солнечный парус LightSail 2
Но ученые не опустили руки и испытания солнечного паруса идет прямо сейчас. Если взглянуть на ночное небо, там вполне можно заметить космический аппарат LightSail 2 от Планетарного сообщества. Он был выведен на орбиту нашей планеты в июне 2019 года при помощи ракеты-носителя Falcon Heavy. Спустя несколько недель он раскрыл свой солнечный парус — его площадь равна 32 квадратным метрам и именно поэтому у людей есть возможность разглядеть его с Земли. Подумать только — парус имеет почти такую же площадь, что и среднестатистическая квартира!
Парус неспроста имеет такой огромный размер. Дело в том, что для приведения в движение даже маленького аппарата размером с буханку хлеба, частицам солнечного света нужно воздействовать на максимально возможную площадь паруса. Возможно, в будущем ученым удастся создать спутники меньшего размера, например, со спичечный коробок. Вот тогда паруса действительно станут маленькими, и разглядеть их с Земли будет невозможно.
Кстати, у аппарата LightSail-2 был прототип под названием LightSail-1. Он был выведен на орбиту 20 мая 2015 года и развернул парус 7 июня. Спустя еще 7 дней он провел свой тестовый полет, который длился не более суток. В отличие от прототипа, аппарат LightSail-2 будет лететь по орбите Земли как минимум до середины августа.
Какова скорость солнечного паруса?
Наверное, вам интересно, какую скорость можно развить при при помощи солнечного паруса? Скорость движения и интенсивность ускорения напрямую зависит от размеров паруса и спутника. Аппарат LightSail 2 на данный момент совершает полный оборот вокруг нашей планеты за 90 минут. Скорость движения спутника, кстати, постоянно увеличивается — за один месяц пребывания под воздействием солнечного света он ускоряется на 549 километров в час. Пока скорость аппарата довольно мала, но со временем, если его оставить в рабочем состоянии, он может достигнуть скорости Международной космической станции, а это около 27 000 километров в час.
Так как работоспособность спутников с солнечными парусами напрямую зависит от частиц света, их невозможно использовать за пределами Солнечной системы. Хотя, в остальных частях Вселенной наверняка есть другие источники света, поэтому в очень далеком будущем солнечные паруса тоже могут пригодиться.
Преимущества солнечных парусов
Солнечные паруса действительно работают и совсем скоро спутники могут лишиться своих ионных двигателей. Это заметно снизит их стоимость, потому что солнечные паруса явно обходятся дешевле двигателей, ведь по сути это — зеркальное полотно, растянутое вокруг спутника. К тому же, аэрокосмическим компаниям не придется тратить деньги на дорогостоящее топливо — в «парусных» спутниках оно попросту не нужно.
К сожалению, получив возможность создавать дешевые спутники, компании могут чаще выводить их на околоземную орбиту. А объектов вокруг нашей планеты и так очень много, причем в ближайшие десять лет их станет еще больше — ведь никто не забыл, что Илон Маск хочет создать всемирный интернет Starlink при помощи 12 000 спутников? Мы, люди, уже почти создали работающие солнечные паруса — теперь нам нужно думать, как избавиться от космического мусора.
Напоследок, хочется порекомендовать рассказ английского фантаста Артура Кларка «Солнечный ветер». В нем рассказывается о регате космических кораблей, которые движутся при помощи давления солнечного ветра. В своем произведении писатель рассказал о разных видах солнечных парусов (они еще не существуют!) и способах управления ими.