Старейшие корабли в истории человечества использовали паруса, чтобы передвигаться за счет силы ветра — и нечто подобное можно провернуть в космосе. Только роль ветра там выполняет солнечный свет. Портал space.com рассказал, что из себя представляют солнечные паруса, и смогут ли они отправить человека в межзвездное пространство.
Для тех немногих солнечных парусов, что были претворены в реальность, инженерам со всего мира пришлось разработать легковесные мачты для поддержки тонких мембран, уникальные теплоустойчивые материалы и сложные дизайны. Тем не менее, миссии Lightsail 2 (2019) и Ikaros (отправилась к Венере в 2010) доказали, что фундаментальные основы технологии солнечных парусов могут работать.
Но с момента запуска Lightsail 2 прошло семь лет; последний опытный аппарат NASA на базе солнечных парусов потерпел неполадку при попытке развертывания. Могут ли нынешние технологии помочь реализовать амбициозную мечту о корабле, который отправится к границам нашей Солнечной системы?
Научная работа, недавно проведенная Имперским колледжем , считает, что да, это вполне реализуемая мечта. Инженеры рассмотрели три предложенных проекта с использованием солнечных парусов и сертифицировали их технологическую готовность к полетам.
Первый проект — Breakthrough Starshot, анонсированный в 2016 году. Его можно назвать самым широко известным и наиболее амбициозным, потому что он использует не просто солнечные паруса, а световые паруса, которые должны толкать аппарат вперед благодаря фотонам мощного 200-гигаваттного лазера. Изначально планировалось, что он запустит к Проксиме Центавра флот крошечных нано-кораблей, но работу над Breakthrough Starshot приостановили в конце 2025 года.
Хорошая новость в том, что два других проекта, Svarog и Solar Cruiser, являются наглядными примерами того, как солнечными парусами могут пользоваться в будущем.
Svarog — студенческий проект в Имперском колледже, который надеется запустить зонд на солнечном парусе к гелиопаузе; региону в 14,5 млрд километрах от Солнца, где солнечные ветра сталкиваются с межзвездным медиумом. Но вместо огромного лазера Svarog планирует применить метод «солнечного погружения» — зонд пройдет близко к Солнцу, там, где радиация сильнее всего, чтобы получить большой прирост скорости. Первый тест технологии прошел в конце 2024-го и был частично успешным.
А Solar Cruiser — проект , который должен был наблюдать за Солнцем из локации неподалеку от точки L1 Лагранжа. Он использовал бы 40-метровый парус, чтобы удерживать фиксированную позицию, сопротивляясь гравитации Солнца. И хотя закрыло проект в 2023-м, инженеры продолжают исследовать схожие концепты.
Авторы научной работы из Имперского колледжа пришли к выводу, что даже новейшие из современных технологий пока недостаточно развиты, чтобы претворить миссии на солнечных парусах в реальность. Проблему представляют, в первую очередь, перегрев парусов под напором солнечных фотонов и соотношение прочности/легкости мачт. Но оба пункта, в теории, можно исправить, и, на самом деле, миссии могут быть ближе к реальности, чем кажется на первый взгляд.
Давление фотонов на солнечные паруса — уникальное преимущество, которое позволяет выполнять очень нишевые задачи. Например, с помощью технологии парусов можно создать миссию по раннему предупреждению солнечных штормов. Мини-обсерватория держалась бы на стабильной орбите благодаря постоянному давлению света от Солнца, что позволит отправлять на Землю актуальную информацию. К тому же, метод, похожий на солнечное погружение, теоретически допускает отправку аппаратов к полюсам Солнца — так ученые смогут изучить нашу ближайшую звезду с ракурса, который иначе был бы невозможным.
По мнению инженеров, миссии, вроде Solar Cruiser и гипотетической солнечной обсерватории, выполнимы и сегодня. Первый можно было бы запустить, если бы его создатели поработали над ошибками. По большей части, над реактивными колесами: электрическими моторами, которые помогают аппарату сохранять правильное положение. Они используются на множестве других космических аппаратов, но сложная динамика солнечных парусов представляет дополнительные трудности.
А что касается Svarog и еще одной миссии, SunVane, их главным испытанием является менеджмент температуры. Для того, чтобы набрать максимально возможную скорость, нужно пройти на максимально близком расстоянии к Солнцу, и паруса могут легко сгореть. Они должны отражать большую часть света с одной стороны, рассеивая остатки тепла с другой. Причем проблема даже не в поиске подходящих материалов — она в превращении этих материалов в микроскопически тонкую «парусину». Но, в то же время, инженеры могут и согласиться на меньшее: если продумать миссию без экстремальных солнечных нырков, то можно обойтись и без дизайна ультра-термостойких парусов.
Наконец, последний момент — масса. Паруса должны быть достаточно большими, а для этого нужны мачты соответствующего размера. Значит, вес самого аппарата и груза необходимо свести к минимуму. Данный фактор ограничивает практически каждый аспект инженерии, от инструментов до коммуникаций. По факту, некоторые специалисты в принципе не уверены, что в гипотетический микро-аппарат можно упаковать достаточно аппаратуры для полета в глубокий космос. Но ограничения для не столь далеких миссий можно обойти в будущем, если солнечные батареи получится интегрировать в саму ткань паруса.