Солнечный парус будущего: как NASA испытывает технологию, которая приблизит человечество к звездам

NASA 29 августа сообщило об успешном развертывании солнечного паруса в открытом космосе – это шаг, который может кардинально изменить движители космических кораблей. 5 сентября агентство опубликовало фотоподтверждение развертывания паруса Advanced Composite Solar Sail System (ACS3), запущенного еще 23 апреля. В NASA пообещали еще больше фотографий с судна.

Солнечные паруса – не новая, но многообещающая технология. Со временем она даже может помочь человечеству достичь звезд.

24 Канал поговорил с экспертом и рассказывает о проекте солнечного паруса от NASA.

Интересно Астронавты Starliner застряли на МКС до 2025 года: как они могут потратить время в космосе

Что такое солнечный парус и для чего его придумали

Солнечный парус – это движитель космического корабля, который использует давление солнечного ветра или лазер для движения.

По аналогу парусов на воде, где используется энергия ветра для путешествия, в космосе пытаются поймать энергию фотонов, которые генерируются нашим светилом и имеют постоянный и предсказуемый характер поведения – так называемый солнечный ветер,
– прокомментировал 24 Каналу эксперт по космическим вопросам Андрей Колесник.

Концепцию солнечного паруса озвучили в 1920-х годах ряд ученых, в частности британско-индийский ученый Дж. Б. С. Холдейн и ирландский ученый Джон Бернал. Солнечные паруса упоминали и в научной фантастике, например в рассказе Sunjammer Артура Кларка 1964 года.

• В 1989 году в США объявили конкурс на вывод в космос нескольких кораблей с парусами, которые должны были бы устроить гонки к Марсу за 500 дней. Заявки на участие подали США, Канада, Великобритания, Италия, Китай, Япония и Советский Союз, однако гонки так и не состоялись.
• Первым космическим кораблем, который использовал технологию солнечного паруса, был IKAROS, запущенный в 2010 году Агентством аэрокосмических исследований Японии. IKAROS стал первым успешным случаем демонстрации солнечного паруса в космическом пространстве.

Что известно о парусе NASA

Цель NASA относительно солнечных парусов – обеспечить будущие миссии недорогими двигателями. Подобно тому как парусная лодка приводится в действие силой ветра, солнечные паруса используют давление солнечного света для движения. Таким образом отсутствует потребность в обычном ракетном топливе.

Парус ACS3 использует композитные материалы, которые разворачиваются из небольшого аппарата-кубсата. Композитные штанги паруса изготовлены из гибкого полимерного материала, усиленного углеродным волокном.

Данные, полученные с ACS3, помогут в проектировании будущих более масштабных композитных систем солнечных парусов, которые можно будет использовать для спутников раннего предупреждения, разведывательных миссий вокруг Земли и астероидов или реле связи для пилотируемых исследовательских миссий.

Парус NASA в лаборатории / Фото NASA

Параметры солнечного паруса NASA составляют около 9 метров на каждую сторону квадрата общей площадью 81 квадратный метр, оно разворачивается примерно за 25 минут. Набор бортовых камер фиксирует развертывание паруса, чтобы следить за его формой и процессом выравнивания.

Солнечные паруса могут работать в течение длительного срока, единственные ограничения которого – долговечность материалов и электронных систем корабля.

Как прошел полет ACS3

23 апреля ACS3 запустили на ракете Electron в рамках миссии Beginning Of The Swarm. 29 августа маленький кубсат выпустил парус, который успешно развернулся в космосе, а 5 сентября NASA получило снимки паруса.

Корабль продолжает отправлять изображения и данные на Землю, помогая лучше понять, как сработала технология развертывания. В NASA готовятся к следующим этапам демонстрации паруса в течение нескольких недель.

Читайте также Астероид 2024 RW1 упал на Землю в Филиппинах: падение метеора зафиксировали на видео

ACS3, который сейчас вращается вокруг Земли, можно увидеть с Земли – это можно сделать с помощью новой функции в приложении NASA. В агентстве призвали людей делиться собственными фотографиями космического корабля с хэштегом #SpotTheSail.

Одно из фото уже доступно в X.

А так выглядит сам первый снимок паруса.

Солнечный парус / Фото NASA

Advanced Composite Solar Sail System имеет четыре черно-белые широкоугольные камеры, расположенные в центре борта космического корабля. В нижней части фотографии видно светоотражающие элементы паруса, которые поддерживают штанги. В верхней части – задняя поверхность одной из солнечных панелей космического корабля.

Сейчас корабль медленно опрокидывается на орбите, однако команда инженеров планирует стабилизировать его после сбора достаточного количества данных. Тогда изображения паруса должны стать более качественными.

Будет ли дорога к звездам: какое будущее солнечных парусов

Солнечные паруса способны приблизить реализацию межзвездных путешествий. На нынешнем уровне развития космических двигателей путешествие даже к ближайшей звезде – Проксиме Центавра, расположенной на расстоянии более 4,2 светового года от нас, – продлится 73 000 лет. Модифицированные паруса могли бы значительно ускорить путешествие.

Единственная проблема межзвездного применения солнечного паруса – расстояние до солнца, которое будет постоянно расти. По закону обратных квадратов, каждый раз, когда удваивается расстояние от солнца, количество солнечного света, попадающего на определенную область, уменьшается на четверть.

К теме Потрясающее открытие NASA: как ученые нашли электрическое поле вокруг Земли и какое там напряжение

Одно из решений – использование мощного лазера, который будет придавать толчок парусу. В 2016 году программа Breakthrough Initiatives объявила о планах по миссии к тройной звездной системе Альфа Центавра (там и расположена ближайшая к нам звезда Проксима) с использованием мощных лазеров.

Интересно! Хотя в списке участников инициативы был Стивен Хокинг и ряд западных ученых, основатели Breakthrough Initiatives – Юрий и Юлия Мильнеры, российский интернет-предприниматель и его жена. В то же время Мильнер летом 2022 года вышел из российского гражданства, а одна из его инициатив – Breakthrough Listen, посвященная поиску внеземной жизни, – с 2023 года расположилась в Оксфорде, переехав из Калифорнийского университета в Беркли.

Инициатива стоимостью 100 миллионов долларов, созданная фондом Breakthrough Initiatives, сосредоточена на поиске техносигнатур, сигналов или указаний на технологически развитые внеземные цивилизации.

В теории лазерные паруса могут развивать скорость в 20% от скорости света. Это сделает Альфу Центавра доступной всего за 20 лет.

Солнечный парус как средство движущей силы для космических аппаратов приобрел бешеную популярность вместе с другими "экзотическими" движущими системами преодоления необъятного космического пространства благодаря развитию соответствующего направления научной фантастики во второй половине прошлого столетия,
– прокомментировал 24 Каналу Андрей Колесник, эксперт по исследованию космоса.

Предметом технологических поисков оставалось изобретение специфического материала, который был бы одновременно сверхлегким и мог бы выдерживать в течение многих лет/десятилетий суровые космические условия.
Для того чтобы двигаться внутри Солнечной системы, нужны огромные скорости, которых можно достичь только благодаря применению невероятных размеров солнечных парусов.

Те технологии, которые тестируются сейчас, позволяют только корректировать движение искусственных космических объектов на околоземных орбитах, объясняет эксперт.

Их мощности пока недостаточно даже для путешествия к ближайшей планете – речь может идти, в наиболее продвинутом случае, только о граммах полезного груза, если целью будет, например, Марс, говорит Колесник.

Есть также идея использовать в качестве "солнечного ветра" очень мощный лазер для наполнения фотонами этих парусов. Но для его накачки также нужны на борту космического аппарата энергетические установки вроде ядерных, объясняет эксперт, – только в такой конфигурации вообще можно вести речь о путешествии к ближайшим звездам благодаря парусной движущей силе.

Когда-то научная фантастика о межзвездных путешествиях приобретет признаки технической состоятельности, но пока работы над критическими технологиями в этом направлении займут не одно десятилетие, считает Андрей Колесник.