Полный вперед. Как солнечный парусник Lightsail-2 изменит космические полеты

LightSail-2 был выведен в космос на борту ракеты-носителя Falcon Heavy в конце июня. Он почти сразу вышел на связь с Землей, раскрыл солнечные панели и прислал первые фотографии. Тем не менее, ученые не спешили с началом основного эксперимента – развертыванием самого солнечного паруса, – пока не убедились, что все системы работают идеально.

Операция началась только 23 июля в 11.47 (по киевскому времени) и завершилось через несколько минут. Процессом развертывания команда управляла с Земли в ручном режиме. "Мы очень рады, что преодолели этот серьезный рубеж. Пришло время отправиться в плавание", – говорит исполнительный директор Планетарного сообщества Дженнифер Вон.

Под парусом через звезды

Этого момента пришлось ждать довольно долго. Еще в 1607 году немецкий астроном Иоганн Кеплер, наблюдая в небе комету Галея, предположил, что ее хвост раздувает "солнечный бриз" – подобно ветру, наполняющему паруса земных кораблей. В письме своему другу Галилео Галилею он предсказывал изобретение космических кораблей, которые будут мчаться на солнечном ветре. Почти 300 лет спустя британский физик Джеймс Клерк Максвелл пришел к выводу, что не солнечный ветер, а свет способен оказывать давление на предметы с отражающей поверхностью. Именно это явление и лежит в основе современной концепции солнечного паруса.

Попадая на зеркальную поверхность, частицы света (фотоны) отскакивают назад и передают ему немного энергии, которая продвигает корабль вперед. Вблизи орбиты нашей планеты давление солнечного света составляет примерно 4,54-9,08 микроньютонов на квадратный метр, в зависимости от отражающих свойств паруса. В земных условиях такое воздействие незаметно, однако в отсутствие гравитации оно становится вполне ощутимым. Теоретически, корабль на "солнечной тяге" может разогнаться до 10% световой скорости.

От LightSail-2 таких результатов не требуется. Его задача – доказать жизнеспособность самой технологии, немного подняв свою орбитальную высоту за счет солнечного импульса. Точно отследить изменение орбиты с Земли удастся благодаря маленьким угловым отражателям, установленным на корабле.

Сам аппарат представляет собой миниспутник весом 5 килограмм и размером с буханку хлеба, зато площадь паруса в разложенном виде достигает 32 квадратных метров. Он состоит из четырех треугольных частей, соединенных между собой рамами из кобальтового сплава.

LightSail 2 в развернутом виде после тестов на Земле – Jason Davis/The Planetary Society

Полотно паруса тоньше человеческого волоса (всего 4,5 микрометра), оно изготовленного из майлара – похожей на фольгу пленки из синтетического полиэфирного волокна, отличающегося колоссальной механической прочностью и устойчивостью к высоким температурам. В некотором смысле солнечный парус действительно похож на обычный корабельный: изменяя его угол, можно контролировать траекторию движения космического корабля.

"Просто потрясающе видеть, как эта штука, наконец, полетела. На дворе почти 2020-й, а мы говорили о ней около 40 лет. Это очень, очень круто", – делится впечатлениями глава Планетарного общества Билл Най.

Ветер перемен

По словам Ная, если эксперимент удастся, космическая индустрия изменится навсегда: появится новое поколение аппаратов, полностью независимых от топлива, которые смогут путешествовать в течение месяцев и лет. Это значит, что мечты о покорении далекого космоса наконец-то станут реальностью.

Билл Най и команда LightSail-2 позирует перед камерой космического аппарата – Jason Davis/The Planetary Society

Новая технология может пригодиться в производстве малых искусственных спутников – кубсатов. Они выгодно отличаются от традиционных аппаратов не только размерами, но и большей доступностью. Однако их не всегда удается укомплектовать двигательной установкой, что сужает сферу их применения. Солнечные паруса как раз могут стать решением этой проблемой.

Кстати, некоторые физики считают, что вместо солнечного света эффективнее использовать лазерное излучение. Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре разрабатывают лазерный парусник StarChip размером с человеческую ладонь, предназначенный для межзвездных полетов и поиска внеземной жизни. Они хотят построить на Земле мощный лазерный генератор, способный ускорить аппарат до 20% скорости света. Если это получится, то StarChip сможет всего за пару десятков лет добраться до ближайшей к нам звездной системы Альфа Центавра на расстоянии 4,2 световых лет (40 триллионов километров) от Земли. Для сравнения: кораблям, доставившим американцев на Луну 50 лет назад, потребовалось бы на дорогу около ста тысяч лет.

Третий заход

Это уже не первый солнечный парусник, запущенный Планетарным сообществом. В 2015 году его предшественник LightSail-1 успешно развернул свой парус, однако не смог выполнить никаких контролируемых маневров. Дело в том, что он находился на низкой орбите, где сила взаимодействия с разреженной атмосферой превышала давление света. Ученые надеются, что новый прототип проработает на орбите Земли около года, а затем сгорит в атмосфере.

При этом запускать третий аппарат в Планетарном обществе не планируют. По крайней мере, своими руками. "У нас нет планов на LightSail-3. Но это просто потому, что мы не называемся компанией LightSail, – говорит Вон. – Заниматься LightSail-3 должны будут другие люди, которые могут использовать иное имя. Мы же пытаемся подготовить технологию перед тем, как передать ее миру, но применять ее уже будут другие".

Кубсат NEA Scout с развернутым солнечным парусом – NASA

Если замысел разработчиков заключается лишь в том, чтобы подтолкнуть молодую технологию, то он уже приносит плоды. Так, солнечным парусом заинтересовалось NASA. Агентство планирует установить такой на кубсат NEA Scout, который должен отправиться в космос в 2020-м для изучения астероида 1991VG.