Путешествие под парусом в космосе может показаться чем-то из области научной фантастики, но эта концепция уже не ограничивается книгами или фильмами. Эта технология может способствовать будущим космическим путешествиям и расширению наших представлений о Солнце и Солнечной системе.
В апреле демонстрация технологии солнечных парусов нового поколения, известная как Advanced Composite Solar Sail System, будет запущена на борту ракеты Rocket Lab Electron со стартового комплекса 1 на полуострове Махия в Новой Зеландии.
Солнечные паруса используют давление солнечного света для движения, фотоны отражаются от паруса и толкают космический корабль. Это позволяет в некоторых случаях отказаться от тяжелых двигательных установок и увеличить продолжительность и снизить стоимость полетов. Несмотря на уменьшение массы, солнечные паруса ранее были ограничены доступными материалами и структурой стрел-мачт, к которым крепятся паруса.
Новый легкий парусник NASA
В демонстрационном проекте Advanced Composite Solar Sail System используется двенадцатиблочный кубсат (12U), построенный компанией NanoAvionics, для испытания новой композитной стрелы из гибкого полимера и углеродного волокна, которая жестче и легче предыдущих конструкций стрелы. Главная цель миссии — успешно продемонстрировать развертывание новой штанги, но после развертывания команда также надеется доказать эффективность паруса.
Подобно паруснику, который поворачивается, чтобы поймать ветер, солнечный парус может корректировать свою орбиту, наклоняя парус. После оценки развертывания стрелы миссия испытает серию маневров по изменению орбиты космического аппарата и соберет данные для будущих миссий с еще более крупным парусом.
"Стрелы, как правило, либо тяжелые и металлические, либо сделаны из легкого композита и имеют громоздкую конструкцию — ни то, ни другое не подходит для современных небольших космических аппаратов. Солнечным парусам нужны очень большие, стабильные и легкие штанги, которые могут компактно складываться", — говорит Китс Уилки, главный исследователь миссии из Исследовательского центра NASA в Лэнгли. "Стрелы этого 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 на высоте около 1 000 километров над Землей, космический аппарат начнет разворачивать композитные штанги, которые охватывают диагонали полимерного паруса. Примерно через 25 минут солнечный парус будет полностью развернут, его площадь составит около 80 квадратных метров. Камеры, установленные на космическом аппарате, будут фиксировать этот важный момент, следя за формой и симметрией паруса во время его развертывания.
Благодаря большому парусу космический аппарат может быть виден с Земли, если условия освещения будут оптимальными. После полного раскрытия и правильной ориентации отражающий материал паруса будет таким же ярким, как Сириус, самая яркая звезда на ночном небе.
"Семь метров развертываемых штанг могут свернуться в форму, которая поместится в вашей руке", — говорит Алан Родс, ведущий системный инженер миссии в Исследовательском центре NASA имени Эймса в Калифорнии. "Мы надеемся, что новые технологии, проверенные на этом космическом аппарате, вдохновят других на их использование в тех областях, которые мы даже не рассматривали".
Создание солнечных парусов будущего
В рамках программы NASA "Технологии малых космических аппаратов" успешное развертывание и эксплуатация легких композитных штанг солнечного паруса докажет его возможности и откроет путь к более масштабным полетам на Луну, Марс и другие планеты.
Потенциально эта конструкция может поддерживать будущие солнечные паруса площадью до 500 квадратных метров, что примерно соответствует размеру баскетбольной площадки, а технология, разработанная в результате успеха миссии, может поддерживать паруса площадью до 2000 квадратных метров — около половины футбольного поля.
"Солнце будет продолжать гореть еще 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. Композитные стрелы могут иметь будущее и за пределами солнечной активности: легкая конструкция и компактная система упаковки могут сделать их идеальным материалом для строительства среды обитания на Луне и Марсе, в качестве каркасных конструкций для зданий или компактных антенных столбов для создания ретранслятора связи для астронавтов, исследующих лунную поверхность.
"Эта технология поражает воображение, переосмысливая всю идею парусного спорта и применяя ее для космических путешествий", — говорит Руди Аквилина, руководитель проекта по созданию солнечного паруса в NASA Ames. "Демонстрация возможностей солнечных парусов и легких композитных стрел — это следующий шаг в использовании этой технологии для вдохновения будущих миссий".
