Як це працює
На відміну від традиційних ракетних двигунів, які покладаються на спалювання хімічного палива для створення тяги, сонячні вітрила використовують тиск фотонів від Сонця для просування космічного апарату вперед. Чим більша площа поверхні вітрила, тим швидше може рухатися космічний апарат.
Читайте на сайті На супутнику Юпітера підтвердили важливий біомаркер і навіть знайшли його джерело
Нещодавнє дослідження, опубліковане в журналі Acta Astronautica, досліджує можливість використання аерографітових сонячних вітрил для міжпланетних і міжзоряних подорожей, підкреслюючи їхній потенціал для скорочення часу польоту і споживання палива.
Рене Геллер, астрофізик з Інституту Макса Планка в Німеччині, пояснює:
Сонячне вітрило як рушійна система здатне швидко доставляти невеликі вантажі (менше кілограма) в межах Сонячної системи. У порівнянні з традиційними хімічними двигунами, які можуть вивести на низьку навколоземну орбіту сотні тонн вантажу і доставити його на Місяць, Марс та інші планети, така маса виглядає до смішного незначною. Але головна перевага технології сонячних вітрил – це швидкість.
Дослідницька група під керівництвом Хеллера та його колег провела комп'ютерне моделювання, щоб визначити швидкість космічного апарату вагою до 1 кілограма, оснащеного сонячним вітрилом, виготовленим з аерографіту.
Вітрило має масу 720 грамів і величезну площу поверхні 10 000 квадратних метрів. Моделювання розглядало дві траєкторії вітрильника: одна призначена для Марса, а інша простягається до геліопаузи, зовнішньої межі нашої Сонячної системи.
Летіти на Марс буде швидше
Для траєкторії на Марс дослідники виявили, що найефективніше спочатку розмістити сонячне вітрило на полярній орбіті навколо Землі, а потім розгорнути вітрило під час протистояння Марсу. Ця стратегія мінімізує час польоту. За другою траєкторією вітрильник транспортувався б звичайною ракетою на відстань приблизно 0,6 астрономічних одиниць від Сонця, де він розгортав би вітрило для подорожі до Марса або далі.
Аерографіт з його чудовими характеристиками відіграє вирішальну роль у цьому проєкті. Ця синтетична піна має неймовірно низьку щільність – 0,18 кг/м^3, що значно перевершує інші матеріали, які використовуються у фотонних вітрилах, такі як майлар. Враховуючи, що сила тяги прямо пропорційна масі вітрила, використання аерографіту значно збільшує швидкість космічного апарату.
Потенційні наслідки цієї інновації приголомшливі. Подорож від Землі до Марса займе всього 26 або 126 днів, залежно від обраної траєкторії. Остання траєкторія включає 103 дні для позиціонування вітрильника на відстані 0,6 астрономічних одиниць від Землі. На відміну від цього, традиційні місії на Марс зазвичай тривають від 7 до 9 місяців, а запуски приурочені до конкретних, обмежених вікон кожні два роки. Космічні апарати "Вояджер-1" і "Вояджер-2", які досягли краю Сонячної системи, витратили на це 35 і 41 рік відповідно.
Але є одне "але"
Одна суттєва проблема залишається невирішеною: гальмування, коли вітрильник наближається до місця призначення. Дослідники визнають, що ця фаза польоту потребує подальшого вдосконалення.
Дивіться також Капсула OSIRIS-REx зі зразками астероїда Бенну успішно сіла на Землю після семи років у космосі
Потенційне застосування технології вітрильника на сонячних батареях знаменує собою значний крок до швидших та ефективніших космічних подорожей, що потенційно може змінити наш підхід до дослідження міжпланетних просторів. Хоча виклики залишаються, перспектива досягти Марса всього за 26 днів є свідченням людської винахідливості та невпинного прагнення до інновацій у космічній науці та технологіях.