Солнечный парус в магнитной буре

Ученые Института космических исследований Российской академии науки (ИКИ РАН) собираются сконструировать и отправить в космическое пространство первый в мире аппарат с солнечным парусом. Как пояснили «Газете.Ru» в институте, до сих пор запускаемые в космос аппараты собирались лишь отрабатывать элементы работы солнечного паруса (в частности, раскрытие лепестков).

«В данном проекте ставится как минимум две задачи, – рассказал «Газете.Ru» ведущий научный сотрудник ИКИ РАН Натан Эйсмонт. – Первая — отработка технологии самого солнечного паруса. Вторая — физические наблюдения за солнечным ветром».

Аппарат планируется поместить в так называемую точку L1 — точку между Землей и Солнцем, где силы притяжения этих двух тел уравновешиваются и где, следовательно, малое тело находится в равновесии (то есть никуда не смещается). Всего точек либрации насчитывается пять. Три из них лежат на прямой, соединяющей Землю с Солнцем (коллинеарные точки), две — под углом 60 градусов к этой линии на орбите Земли (треугольные точки).

Прежде всего физиков заинтересовали коллинеарные точки L1 и L2, расположенные на расстоянии 1,5 млн км от Земли. Одна находится между планетой и звездой, другая, соответственно, за Землей. Помещенный в них аппарат «зависает» в определенном положении относительно Земли и Солнца. При этом он находится одновременно и достаточно далеко, чтобы радиационные пояса планеты не создавали помех работе астрофизических приборов, и достаточно близко, чтобы сохранялась устойчивая связь с Землей.

Еще один плюс — мало меняющийся тепловой режим, особенно в точке, которая находится позади Земли.

Аппарат, таким образом, защищен и от солнечного, и от земного тепла, что очень важно для приборов, работающих на миллиметровых и инфракрасных волнах. Данные области очень удобны для построения группировок космических аппаратов из-за относительно малой разницы в величине силы тяжести, действующей на отдельные аппараты.

Для начала снабженный солнечным парусом аппарат российские физики из ИКИ РАН предлагают поместить в точке L1, которая находится между Землей и Солнцем. Использование паруса поможет сместить точку либрации ближе к Солнцу, так как давление солнечного света на парус компенсирует возрастание солнечного притяжения по мере приближения к светилу.

В разговоре с корреспондентом «Газеты.Ru» ученые объяснили, почему выгодно отодвигать точку либрации. Согласно проекту, будущий аппарат будет использоваться не только для наблюдения за солнечным ветром, но и для возможного прогнозирования состояния земной магнитосферы, которая реагирует на аномалии в выбросах солнечного вещества. Чем ближе к Солнцу расположен зонд, тем раньше он получает информацию о состоянии солнечного ветра и, соответственно, тем раньше можно составить прогноз о поведении магнитосферы на Земле.

Требовал решения и вопрос, как управлять движением аппарата с помощью паруса.

Использовать механизмы в космосе нежелательно: чем больше дополнительных механических устройств, тем выше риск поломки. Поэтому решено манипулировать отражательными способностями материала.

Реализация этой идеи выглядит так. «Если поместить между источником света и идеально отражающей фольгой жидкокристаллическую пленку, то, подавая и снимая электрическое напряжение на пленке, можно изменять ее прозрачность. И, соответственно, отражательные характеристики – от зеркального отражения до полного поглощения», — поясняет Натан Эйсмонт. При этом изменяется сила давления света на парус и, как следствие, вектор и скорость движения аппарата в пространстве.

Помимо возможности отодвинуть точку либрации ближе к Солнцу солнечный парус можно использовать и для корректирующих маневров, необходимых для выравнивания положения зонда. В будущем технологию солнечного паруса можно использовать и в других случаях, например, при построении группировок из нескольких аппаратов, где необходимо выдерживать фиксированное расстояние между ними.

Aппарат планируется сделать небольшим — около 30-40 кг. Площадь паруса для зонда таких габаритов составит около 500 кв. м.

Заметим, что идея солнечного паруса не нова: еще в 70-х годах прошлого века довольно серьезно обсуждалась возможность устроить гонку к Луне на кораблях с солнечными парусами. Тогда из этих планов ничего не вышло, но идея не исчезла, а в настоящее время приобретает все большую популярность. Исследования в области солнечного паруса ведут и японские инженеры. Им уже удалось провести два испытания прототипов подобного устройства.

Две попытки испытать солнечный парус состоялись и в России: в июне 2005 и в июле 2001 года. В том проекте участвовало две страны: со стороны США — Американское планетное общество, со стороны России — ИКИ РАН и НПО им. С. А. Лавочкина. Земные испытания аппаратов прошли успешно, однако вывести их на орбиту не удалось из-за отказов ракеты-носителя.

Теперь в ИКИ РАН говорят, что разработают первый полноценный солнечный парус самостоятельно.

Правда, в «Роскосмосе» «Газете.Ru» сообщили, что пока в планах до 2015 года запусков аппаратов с солнечным парусом у них нет, но фактом подобной разработки заинтересовались.

NASA в мае 2005 года испытывало прототип космического паруса на Земле в вакуумном куполе. Земные испытания 20-метрового паруса прошли успешно, однако о полете аппарата в космос речь пока не идет. К тому же NASA интересует не 20-, а 180-метровый парус. А на разработку проекта такого масштаба собственных сил у агентства, видимо, не хватает. Возможно, поэтому NASA превратило проект «Солнечный парус» в конкурс для частных изобретателей.. Человек, парус которого сможет привести в движение космический корабль, получит от агентства $2,5 млн. А если парус сможет продержаться в одной и той же точке пространства 90 дней, то сумму увеличат вдвое.