Европейское космическое агентство ESA (European Space Agency / Европеан Спейс Эйдженси / ЕКА) провело эксперимент, результаты которого могут в перспективе коренным образом изменить подход к созданию двигательных систем для спутников и космических аппаратов. В условиях микрогравитации было доказано, что графеновые аэрогели, подвергаясь воздействию лазерного луча, способны приходить в движение без использования какого-либо химического топлива. Ускорение было достигнуто менее чем за 30 миллисекунд — быстрее, чем человек успевает моргнуть.
Контекст: почему топливо — главное ограничение в космосе
На протяжении всей истории освоения космоса топливо оставалось одним из фундаментальных ограничений любой космической миссии. Для того чтобы космический аппарат мог изменить траекторию, скорректировать орбиту или удержать заданное положение, ему необходимо сжигать топливо и преобразовывать выделяемую энергию в тягу. Это означает, что каждый аппарат должен нести запас топлива на весь срок эксплуатации.
Когда топливо заканчивается, спутник или межпланетный зонд теряет способность к манёврам. Именно истощение запаса топлива чаще всего определяет конец рабочего ресурса спутника — не физический износ электроники и не исчерпание энергии солнечных батарей, а именно отсутствие тяги для поддержания орбиты и ориентации.
Разработка систем, способных обеспечивать тягу без традиционного топлива, является одной из наиболее приоритетных задач современной космонавтики. Именно в этом направлении работают исследователи, результаты которых были получены в ходе экспериментов ESA (ЕКА).
Эксперимент в условиях невесомости: как он проводился
Эксперимент был проведён в мае 2025 года в ходе параболического полёта ESA (ЕКА). Параболический полёт — это специальный режим полёта самолёта по параболической траектории, при котором в течение коротких промежутков времени на борту воспроизводятся условия, близкие к невесомости. Каждый такой период микрогравитации длится около 20–25 секунд, что достаточно для проведения ряда физических экспериментов.
Международная исследовательская группа поместила три небольших куба из трёхмерного графенового аэрогеля (graphene aerogel / графин эйродджел) в вакуумную камеру. В моменты микрогравитации эти кубы подвергались воздействию непрерывного лазерного луча. Процесс фиксировался высокоскоростными камерами, а для детального анализа видеозаписи были замедлены в десять раз.
Результаты оказались однозначными: в момент контакта с лазерным лучом все три куба из графенового аэрогеля быстро двигались вперёд. При этом ускорение было достигнуто всего за 30 миллисекунд — промежуток времени, существенно меньший, чем время моргания человеческого глаза.
Ключевые результаты: ускорение и управляемость
Научный сотрудник проекта ESA (ЕКА) Марко Брайбанти (Marco Braibanti / Марко Брайбанти) описал результаты как исключительно наглядные: ускорение произошло за промежуток, не ощутимый для человеческого восприятия, а с ростом мощности лазера интенсивность движения возрастала пропорционально.
Это второе наблюдение является принципиально важным: оно свидетельствует о том, что лазер способен выполнять функцию не просто источника тяги, но и инструмента точного управления движением. В ходе эксперимента было зафиксировано, что после прекращения лазерного импульса скорость постепенно снижалась. Таким образом, изменяя мощность лазерного луча, можно регулировать уровень тяги — точно так же, как водитель регулирует скорость автомобиля педалью газа.
Инженер ESA (ЕКА) по физике и химии материалов Уго Лафон (Ugo Lafont / Уго Лафон) прямо указал на то, что данный эксперимент открывает путь к созданию систем тяги, не требующих традиционного топлива. По его словам, графеновые аэрогели могут стать инновационным решением, которое одновременно снизит потребность в топливе и уменьшит массу оборудования при реализации космических миссий.
Почему эффект почти незаметен на Земле
Одним из наиболее показательных аспектов эксперимента стало то, что аналогичный эффект практически не наблюдается в условиях земной гравитации. На Земле гравитационное притяжение подавляет движение, создаваемое лазерным воздействием на графеновый аэрогель: сила тяги оказывается слишком мала, чтобы преодолеть силу тяжести.
В условиях микрогравитации ситуация кардинально меняется. В отсутствие доминирующей гравитационной силы даже небольшое усилие, создаваемое лазерным воздействием, приводит к заметному и измеримому движению. Именно поэтому подлинный потенциал данной технологии может быть реализован только в космическом пространстве.
Как отметили в ESA (ЕКА), это наблюдение подтверждает: световая тяга способна раскрыть свои возможности в части скорости, силы и дальности воздействия именно в условиях космоса, а не на поверхности планеты.
Что такое графеновый аэрогель (graphene aerogel / графин эйродджел)
Графеновый аэрогель — это трёхмерная пористая структура, построенная из слоёв графена (graphene / графин). Графен представляет собой одноатомный слой углерода, в котором атомы расположены в форме шестиугольной решётки. Этот материал обладает исключительными свойствами: он является одним из самых прочных известных материалов при одновременно очень малой массе, а также характеризуется высокой электропроводностью и теплопроводностью.
Аэрогель на основе графена сочетает механическую прочность графена с предельно малой плотностью аэрогеля как класса материалов. По некоторым данным, графеновые аэрогели являются одними из наиболее лёгких твёрдых материалов, когда-либо созданных человеком.
Именно сочетание малой массы, структурной устойчивости и способности взаимодействовать с лазерным излучением определённым образом делает этот материал перспективным для создания систем световой тяги (photon propulsion / фотон пропалшн) в космических условиях.
Практические применения: спутники и не только
Если технология пройдёт дальнейшую разработку и будет доведена до уровня, пригодного для практического применения, она может существенно изменить облик спутниковых систем.
Современные спутники используют небольшие реактивные двигатели для поддержания ориентации и коррекции орбиты. Эти двигатели требуют запасов химического топлива, которые определяют срок службы аппарата. После исчерпания топлива спутник становится неуправляемым и в конечном счёте превращается в космический мусор.
Система тяги на основе лазерного воздействия на графеновые аэрогели теоретически позволила бы отказаться от топливных баков. Источником энергии мог бы служить внешний лазер — наземный или орбитальный — либо бортовая лазерная система, питаемая от солнечных батарей.
Исследователи также указали на возможную синергию с технологией солнечного паруса (solar sail / солар сейл). Солнечный парус использует давление солнечного света для создания тяги — принцип, схожий с наблюдаемым в эксперименте. Объединение лазерной световой тяги с солнечным парусом могло бы открыть новые возможности для управления космическими аппаратами в дальних миссиях, где запасы традиционного топлива недоступны.
Научный статус результатов и следующие шаги
Важно понимать контекст: описываемые результаты получены в ходе демонстрационного эксперимента в условиях параболического полёта, а не в реальном космосе. Параболический полёт воспроизводит условия микрогравитации лишь на короткие промежутки времени и лишь приближённо имитирует условия орбитального полёта.
Следующим шагом должно стать проведение аналогичных экспериментов непосредственно в космосе — на борту Международной космической станции (МКС) или на специализированном спутнике. Только в условиях длительной и полноценной невесомости можно будет получить данные, достаточные для проектирования реальных двигательных систем.
Кроме того, необходимо решить ряд инженерных задач: обеспечить устойчивость графеновых аэрогелей к воздействию космической радиации и температурных перепадов, разработать конструкцию лазерной системы, пригодную для длительной эксплуатации в космосе, и создать систему управления тягой с достаточной точностью для практического применения.
Тем не менее уже сам факт успешного демонстрационного эксперимента в условиях микрогравитации является значимым шагом: он доказывает, что наблюдаемый эффект реален и воспроизводим, а не является артефактом измерений или случайным результатом.
Итог
В мае 2025 года в ходе параболического полёта ESA (ЕКА) международная научная группа провела эксперимент, в котором графеновые аэрогели под воздействием лазерного луча приходили в движение в условиях микрогравитации. Ускорение было достигнуто за 30 миллисекунд. Интенсивность движения возрастала с увеличением мощности лазера, что свидетельствует о возможности управления тягой. На Земле аналогичный эффект практически не наблюдается из-за доминирования гравитационного притяжения.
Результаты демонстрируют принципиальную осуществимость световой тяги без химического топлива в космических условиях. В перспективе технология может найти применение в управлении спутниками, снижении их массы за счёт отказа от топливных баков и в сочетании с технологией солнечного паруса.
#космосбудущего #лазернаятяга #графен #ESA #космическиетехнологии #топливодляракет