Ученые придумали, как долететь до Марса за рекордные 26 дней

Ученые придумали способ перемещения по Солнечной системе, позволяющий долететь от Земли до Марса за рекордные 26 дней. Делать это можно с помощью солнечного паруса из рекордно легкого материала аэрографита, говорится в исследовании, принятом к публикации в журнале Acta Astronautica.

В настоящее время в мире множество научных команд разрабатывают концепции использования солнечных парусов для более быстрого перемещения космических аппаратов по Солнечной системе. Ученые под руководством Джулиуса Карлаппа из Дресденского технического университета предложили проект паруса, который способен доставлять небольшие грузы к Марсу за рекордно короткие сроки.

Парус, в основе которого лежит недавно разработанный синтетический материал аэрографит, позволит кардинальным образом сократить время и топливо, необходимое при реализации подобных миссий. «Солнечный парус может применяться для быстрой доставки небольших (около килограмма) грузов внутри Солнечной системы, — пояснил соавтор работы Рене Хеллер. — По сравнению с традиционными химическими двигателями, которые могут доставить на низкую околоземную орбиту сотни тонн грузов и значительную долю этой массы на Луну, Марс и дальше, это выглядит смехотворным. Но главная ценность технологии солнечного паруса — скорость».

В отличие от ракетных двигателей, использующих для создания тяги реакцию топлива и окислителя, солнечный парус создает тягу за счет импульса фотонов, и чем больше его площадь, тем выше тяга. Аэрографит, открытый чуть больше десяти лет назад, является одним из самых легких из известных материалов. Он представляет собой синтетическую пену из трубчатых волокон углерода.

Ученые рассчитали, как быстро парус массой 1 кг, в составе которого имеется 720 грамм аэрографита площадью 10000 квадратных метров, может достичь Марса или межзвездной среды, так называемой гелиопаузы. В расчетах они приняли во внимание две траектории — прямая отлетная от Земли и траектория с «нырком» к Солнцу. Существующие способы полета к Марсу позволяют достичь планеты за 7-9 месяцев при старте в определенные временные «окна» раз в два года.

В первом случае парус предполагается раскрывать сразу же на полярной орбите вокруг Земли. Во втором парус раскрывается при достижении аппаратом за счет ракетных двигателей орбиты в 0,6 астрономической единицы, то есть расстояния от Земли до Солнца. «При плотности 0,18 кг на кубометр аэрографит превосходит все обычные материалы для солнечных парусов, — считает Карлапп. По сравнению с майларом (лавсан), к примеру, его плотность на 4 порядка ниже. Учитывая, что тяга, развиваемая солнечным парусом, прямо зависит от массы паруса, результирующая тяга будет значительно выше. В дополнение к высокому ускорению механические свойства аэрографита восхитительны».

Расчеты показали, что при первом варианте траектории, если Марс находится в оппозиции к Земле, парус долетит до него всего за 26 суток, достигнув скорости 65 км/c. Во втором случае — за 126, набрав скорость 118 км/с. При полете к гелиопаузе время путешествия займет 5,3 и 4,2 года соответственно.

По словам ученых, главной проблемой при использовании паруса на траектории к Марсу остается торможение аппарата у цели, что можно решить за счет аэроторможения в атмосфере планеты.