Все самое интересное о жизни стран-соседей России
Обновлено: 21.07.2024
Наука, технологии, бизнес
5 минут чтения

В космос под парусом

Как «солнечный парус» откроет путь к межзвездным путешествиям









































































В космос под парусом
Фото: nasa.gov

Автор: Виктор Зайковский


Межзвездные путешествия давно находятся в списке желаний человечества, но до сих пор они были поставлены в тупик кажущейся бесконечностью космоса. Вот, скажем, ближайшая к нам звезда — Проксима Центавра — находится на расстоянии 4,24 световых лет, что составляет примерно 40 триллионов километров. Даже если космический аппарат — пусть это будет «Вояджер-1» — движется со скоростью около 56 000 километров в час, ему потребуется примерно 73 000 лет, чтобы преодолеть такое расстояние. Звучит одновременно как вызов и как что-то совершенно недостижимое.

Впрочем, у нас появилась новая надежда: со стартовой площадки в Новой Зеландии NASA недавно запустило усовершенствованную композитную систему солнечных парусов (ACS3). Что же это такое? И как работает? И почему однажды она сделает возможными полеты к очень далеким объектам в космосе?

Большинство космических аппаратов, в том числе «Вояджер-1» и «Вояджер-2», перемещаются по космосу с помощью движителей: импульс от выбрасываемого топлива толкает аппарат вперед. Эти системы работают превосходно, но лишь до тех пор, пока не закончится топливо. Это накладывает серьезное ограничение на достижимые скорости, особенно если учесть, что топливо тяжелое, а космическим аппаратам нужно его очень много, чтобы вырваться из-под земного притяжения. Но что, если бы существовал внешний, практически неограниченный запас топлива? Оказывается, он давно существует — это Солнце.

Свет от Солнца (как и весь свет в принципе) состоит из частиц, называемых фотонами. И хотя они не имеют массы, у них есть импульс. Используя массивные отражающие паруса, космические аппараты могут поглощать этот импульс, когда фотоны ударяются о них и отскакивают. На Земле на этой энергии далеко не уедешь — именно поэтому никто до сих пор не переплывал Атлантику на солнечных парусах. Однако в космосе, где нет сопротивления воздуха, легкий толчок от Солнца — все, что нужно для начала движения.

Конечно, отдельный фотон обладает лишь крошечным импульсом, но Солнце производит огромное количество фотонов. И поэтому медленное поначалу ускорение в конечном счете приводит к достижению очень большой скорости. Сопротивления воздуха в космосе нет, набор скорости может быть практически бесконечным. Ну а в остальном системы солнечных парусов работают так же, как и обычные корабли-парусники. При определенной конфигурации можно даже идти «против ветра» в сторону Солнца.

Способность системы солнечных парусов ускорять летательный аппарат зависит от трех факторов: размера паруса, массы космического аппарата и расстояния до Солнца. Первые два компонента относительно просты. Все, что нужно сделать, — изготовить солнечный парус как можно большего размера и сделать его как можно более легким. А вот с расстоянием до Солнца дело обстоит немного сложнее. Интенсивность света от Солнца подчиняется так называемому закону обратного квадрата, то есть при удвоении расстояния от Солнца количество солнечного света, попадающего на определенную площадь, уменьшается в четыре раза. Но ученые придумали несколько оригинальных способов обойти проблему расстояния.

В космос под парусом
Фото: nasa.gov

Один из них называется «маневр рогатка» — то, что уже делают многие космические аппараты для навигации по Солнечной системе. По оценкам NASA, если запустить небольшой спутник вокруг Солнца на расстояние от двух до пяти солнечных радиусов (1,4–3,5 млн километров), можно достичь скорости в 108 000 километров в час — примерно вдвое больше, чем у «Вояджера-1». Но можно добиться большего. Еще в 2016 году компания Breakthrough Initiatives объявила о своих планах полета к тройной звездной системе Альфа Центавра с использованием мощных лазеров, которые могут придать космическим аппаратам дополнительный импульс. Теоретически в таком случае можно достичь скорости, составляющей 20 % скорости света (216 млн км/ч), а это значит, что Альфы Центавра можно будет достичь всего за 20 лет.

Разница между отправкой небольшого беспилотного спутника и миссией человека, рассчитанной на несколько поколений, очень велика. Для миссии понадобится исключительно большой корабль, способный доставить столетнюю инфраструктуру для производства продовольствия и медикаментов плюс все остальные соображения. Также необходимо учитывать релятивистские эффекты, поскольку для людей, путешествующих со значительной долей скорости света, время будет идти медленнее.

Усовершенствованная композитная солнечная система NASA предназначена для демонстрации технологии солнечных парусов, а также для того, чтобы испытать новую легкую штангу из гибких полимеров и углеродных волокон. После выхода на орбиту высотой около 1000 километров над Землей спутник CubeSat развернул паруса — процесс этот занимает около 25 минут, а площадь паруса в развернутом состоянии составляет 80 квадратных метров. Благодаря большому отражающему парусу космический аппарат хорошо виден с Земли — иногда он примерно такой же яркий, как Сириус, самая яркая звезда на ночном небе. Если испытания штанги из композитных материалов пройдут успешно, следующим шагом станет тестирование еще более крупного солнечного паруса. В теории его размер может составлять 250 квадратных метров, что примерно равно половине футбольного поля.

Резюмируя, отметим: в отличие от традиционных топливных двигателей, солнечный парус — максимально логичный вариант для далеких и длительных полетов. Полагаясь исключительно на импульсы фотонов, система устраняет необходимость в традиционном ракетном топливе, что позволяет увеличить продолжительность миссии без логистических проблем, связанных с дозаправкой. Кроме того, ACS3 обладает повышенной маневренностью, позволяя осуществлять точную навигацию и корректировку траектории за счет контролируемой ориентации и угла наклона парусов. В общем, в перспективе ближайших 10 лет нас ожидает как минимум множество красивых снимков из прежде невиданных уголков галактики. А как максимум — первые попытки полета человека под солнечным парусом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подписывайтесь, скучно не будет!
Популярные материалы
Лучшие материалы за неделю