Под самарским солнечным парусом
Инновационный солнечный парус сможет обогнать самые скоростные современные космические зонды и добраться до отдаленных уголков космоса. Разработку этого космического аппарата ведут ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева. Парусник также сможет помочь разгадать происхождение комет, проверить на практике общую теорию относительности, зафиксировав искривление пространства и времени, а также помочь в обогреве и снабжении электроэнергией будущих марсианских колонистов. Об этом сообщается в пресс-релизе университета, который поступил в редакцию «Стимула».
Принцип работы солнечного паруса основан на давлении света. Поскольку фотоны, испускаемые Солнцем, имеют импульс, при столкновении с предметом они передают импульс ему. В условиях Земли сила такого взаимодействия крайне мала, однако при использовании большой отражающей поверхности аппарату, находящемуся в космическом пространстве, этого достаточно для движения без использования топлива. Недавно «Стимул» писал об этой технологии и об успешном проекте американского Планетного общества: спутник LightSail-2 увеличил высоту своей орбиты, используя давление света на солнечный парус.
Самарский университет — один из пионеров развития идеи движения космических кораблей с помощью солнечного паруса в России. Исследования в этой области ведутся в вузе с начала 1990-х, в настоящее время ими руководит профессор кафедры космического машиностроения Ольга Старинова. С 2016 года тема получила дополнительное развитие благодаря сотрудничеству с физиком-теоретиком, членом международной академии астронавтики, директором центра теоретической физики Городского университета Нью-Йорка, профессором Романом Кезерашвили. В июне 2019 года он вошел в состав исследовательской группы Самарского университета, которая работает над созданием инновационной конструкции солнечного паруса.
«Мы проектируем новый космический парусник, который, во-первых, в отличие от предыдущих версий, будет круглым, во-вторых, это будет надувная конструкция, и в-третьих, он получит реактивное ускорение без реактивных двигателей, — рассказал Роман Кезерашвили. — Наш аппарат представляет собой тор, проще говоря “бублик”, у которого средняя часть закрыта пластинкой. Пластинка и есть солнечный парус, он раскроется благодаря тому, что в тор в определенный момент поступит газ и надует всю конструкцию. Поверхность паруса будет покрыта специальным веществом, и когда парусник приблизится к Солнцу, оно из-за нагревания начнет испаряться, что обеспечит конструкции ускорение по принципу реактивного двигателя».
По словам Романа Кезерашвили, испарение вещества с поверхности паруса позволит быстро получить большую скорость движения — порядка 300–400 км в секунду, после чего аппарат будет продолжать двигаться, используя давление солнечного света.
Подобные аппараты смогут выполнять различные исследовательские миссии. Например, добраться до загадочного облака Оорта на краю Солнечной системы, где, как считают ученые, зарождаются кометы.
«Длительность перелетов до других звезд гигантская, но мы сможем, например, запустить аппарат в облако Оорта или в фокус гравитационной линзы Солнца. Для сравнения: наиболее скоростному космическому зонду “Вояджер-1” потребуется триста лет, чтобы достигнуть облака Оорта, — говорит Ольга Старинова. — Солнечный парус, который мы сейчас проектируем, способен долететь до него за двадцать-тридцать лет. Порядок цифр совсем другой. Это значит, что мы можем получить уникальную исследовательскую информацию при своей жизни или ее получит ближайшее поколение. Мы сможем получить убедительное доказательство существования самого облака, предположительно порождающего все кометы».
Космический парусник, по мнению ученых, сможет предоставить практические доказательства фундаментальных законов физики, которые невозможно получить в условиях Земли, например в том, что касается общей теории относительности.
«Благодаря космическому парусу мы сможем близко подойти к Солнцу и посмотреть, как его гигантская масса искривляет пространство и время, а главное, зафиксировать этот факт, — считает Роман Кезерашвили. — Так как большие массы не только обладают свойством искривлять пространство, но и влияют на время, мы обнаружим, что для парусника время замедлится вблизи Солнца».
По словам Ольги Стариновой, на кафедре космического машиностроения уже просчитаны варианты межпланетных перелетов ко всем планетам Солнечной системы. Небольшие парусники общей массой 100–200 килограммов могут практически бесконечно долго находиться на орбитах около Юпитера, Сатурна или Марса, передавая на Землю научные данные. В настоящее время идет расчет траекторий путешествия к Солнцу.
«Мы должны высчитать траектории, которые позволяли бы максимально приблизиться к Солнцу, а также “вписаться” в ограничения по температуре поверхности паруса. Особенное значение это приобретает, когда мы говорим о дальних миссиях, к той же альфе Центавра. Нам нужно накачать парус солнечной энергией и при этом не спалить его. Помимо траектории, расстояния, просчитываем также сам парус, анализируем, какие натяжения в нем возникают, какова будет скорость движения такого аппарата и под каким углом он должен подойти к Солнцу», — сказала Ольга Старинова.
С помощью солнечного паруса в будущем можно будет решать и другие задачи, например обогрева Марса. Мировое космическое сообщество сейчас активно развивает проекты пилотируемого полета на эту планету. Как известно, Марс не самое теплое место в нашей галактике, средняя температура там составляет минус 50 °С. Парус сможет, подобно зеркалу, отражать солнечные лучи на заданный участок поверхности. Отраженный свет будет нагревать солнечные коллекторы и освещать солнечные батареи даже в ночное время суток, обеспечивая необходимую температуру и увеличивая выработку электроэнергии на марсианской базе.