Путешествие под парусом в космосе может показаться чем-то из области научной фантастики, но эта концепция больше не ограничивается книгами или большим экраном. В апреле технология солнечных парусов нового поколения, известная как Advanced Composite Solar Sail System, будет запущена на борту ракеты Electron компании Rocket Lab со стартового комплекса 1 в Махии, Новая Зеландия. Эта технология может способствовать будущим космическим путешествиям и расширению наших представлений о Солнце и Солнечной системе.
Солнечные паруса используют давление солнечного света для движения, меняя угол наклона по отношению к Солнцу так, что фотоны отражаются от отражающего паруса и толкают космический корабль. Это позволяет отказаться от тяжёлых двигательных установок, увеличить продолжительность и снизить стоимость полётов. Несмотря на уменьшение массы, солнечные паруса были ограничены материалом и структурой мачт, которые действуют подобно мачтам парусника. Но НАСА собирается изменить концепцию космических парусников будущего.
Усовершенствованная композитная система солнечного паруса НАСА призвана способствовать будущим космическим путешествиям и расширению наших представлений о Солнце и Солнечной системе.</em.
Новый лёгкий парусник НАСА
В демонстрационном проекте Advanced Composite Solar Sail System используется состоящий из двенадцати блоков аппарат CubeSat (12U), построенный компанией NanoAvionics, для испытания новой композитной мачты из гибкого полимера и углеродного волокна, которая жёстче и легче, чем предыдущие конструкции мачт. Главная цель миссии — успешно продемонстрировать развёртывание новой мачты, но после развёртывания команда также надеется доказать эффективность паруса.
Подобно паруснику, который поворачивается, чтобы поймать ветер, солнечный парус может корректировать свою орбиту, наклоняя парус. После оценки развёртывания мачты миссия испытает серию манёвров по изменению орбиты космического аппарата и соберёт данные для будущих миссий с ещё более крупными парусами.
“Мачты, как правило, делают либо тяжёлыми и металлическими, либо из лёгкого композита и громоздкой конструкции — ни то, ни другое не подходит для современных небольших космических аппаратов. Солнечным парусам нужны очень большие, стабильные и лёгкие мачты, которые могут компактно складываться”, — говорит Китс Уилки, главный исследователь миссии в Исследовательском центре Лэнгли НАСА в Хэмптоне, штат Вирджиния. “Мачты паруса имеют трубчатую форму и могут сжиматься и сворачиваться, как рулетка, в небольшой пакет, обладая при этом всеми преимуществами композитных материалов, например, меньшим изгибом и деформацией при изменении температуры”.
После выхода на солнечно-синхронную орбиту, расположенную на высоте около 1000 километров над Землёй, космический аппарат начнёт разворачивать композитные мачты, идущие по диагоналям полимерного паруса. Примерно через 25 минут солнечный парус будет полностью развёрнут, его площадь составит около 80 квадратных метров — примерно как шесть парковочных мест. Камеры, установленные на космическом аппарате, будут фиксировать этот важный момент, следя за формой и симметрией паруса во время его развёртывания.
Благодаря большому парусу космический аппарат можно будет увидеть с Земли, если условия освещения будут подходящими. После полного раскрытия и правильной ориентации отражающий материал паруса будет таким же ярким, как Сириус, самая яркая звезда на ночном небе.
“Семь метров развёртываемых мачт могут свернуться в форму, которая поместится в руке”, — говорит Алан Родс, ведущий системный инженер миссии в Исследовательском центре НАСА имени Эймса в калифорнийской Силиконовой долине. “Мы надеемся, что новые технологии, проверенные на этом космическом аппарате, вдохновят других на их использование в тех областях, о которых мы даже не задумывались”.
Создание солнечных парусов будущего
В рамках программы НАСА “Технологии малых космических аппаратов” успешное развёртывание и эксплуатация лёгких композитных мачт солнечного паруса докажет его возможности и откроет путь к более масштабным полётам на Луну, Марс и другие планеты.
Такая конструкция мачты может потенциально поддерживать будущие солнечные паруса площадью до 500 квадратных метров, что примерно соответствует размеру баскетбольной площадки, а технология, полученная в результате успешной миссии, может поддерживать паруса площадью до 2000 квадратных метров — примерно половина футбольного поля.
«Солнце будет продолжать гореть ещё миллиарды лет, так что у нас есть безграничный источник движущей силы. Вместо того чтобы запускать массивные топливные баки для будущих миссий, мы можем запустить более крупные паруса, которые будут использовать уже имеющееся “топливо”, — говорит Родс. — Мы продемонстрируем систему, которая использует этот богатый ресурс, чтобы сделать следующие гигантские шаги в исследовании и науке».
Поскольку паруса используют энергию Солнца, они могут обеспечить постоянную тягу для поддержки миссий, требующих уникальных точек обзора, например, тех, которые стремятся понять наше Солнце и его влияние на Землю. Солнечные паруса уже давно являются предпочтительным вариантом для миссий, которые могли бы нести системы раннего предупреждения для мониторинга солнечной погоды. Солнечные бури и выбросы корональной массы могут нанести значительный ущерб Земле, перегружая электросети, нарушая радиосвязь и воздействуя на самолёты и космические аппараты.
Композитные мачты могут в будущем пригодиться и за пределами области солнечных парусов: лёгкая конструкция и компактная система упаковки могут сделать их идеальным материалом для строительства мест обитания на Луне и Марсе, в качестве каркасных конструкций для зданий или компактных антенных столбов для создания ретрансляторов связи для астронавтов, исследующих лунную поверхность.
“Эта технология будоражит воображение, переосмысливая всю идею космических парусов и применяя её для космических путешествий”, — говорит Руди Аквилина, руководитель проекта по созданию солнечного паруса в НАСА имени Эймса. “Демонстрация возможностей солнечных парусов и лёгких композитных мачт — это следующий шаг в использовании этой технологии для вдохновения будущих миссий”.
