Без дозаправки и остановок: космические корабли с парусами уже готовятся к старту

Когда-то паруса несли человечество через океаны, теперь же они способны увести нас за пределы Земли. На смену ракетам с грохотом и огнём приходит беззвучная тяга солнечного света. Космос снова оказался ареной для старого принципа – двигаться, используя то, что уже есть вокруг.

Свет вместо топлива

Долгие десятилетия космонавтика держалась на ракетных двигателях, прожигающих тонны топлива, чтобы преодолеть земное притяжение. Но этот метод изначально имел очевидное ограничение – полёт продолжается, пока не закончится запас горючего. Исследователи, о чём писала NASA, давно искали более устойчивую технологию, и нашли ответ там, где не ожидали – в принципах мореплавания.

Космический парус не улавливает ветер, ведь в безвоздушном пространстве его нет. Он ловит свет – поток фотонов, лишённых массы, но обладающих импульсом. Когда такие частицы отражаются от сверхтонкого зеркального полотна, они передают часть своей энергии, создавая крошечное, но постоянное давление.

"Фотонное давление ничтожно по земным меркам, но в вакууме оно способно разгонять аппарат до скоростей, недостижимых для химических двигателей", – объясняли специалисты NASA в комментарии к проекту LightSail.

Главное преимущество технологии в том, что топливо больше не нужно. Пока светит Солнце, корабль движется вперёд.

Можно ли управлять таким кораблём? Да, угол наклона паруса регулирует направление движения, как у морского судна. Развороты выполняются медленно, но при дальних перелётах это несущественно: путь измеряется месяцами, а иногда и годами.

Первые испытания и доказательство

Теория фотонного движения впервые перешла в практику в начале XXI века. По данным The Planetary Society, их проект LightSail-2 стал первым аппаратом, который в 2019 году смог самостоятельно изменить орбиту, используя только солнечный свет. Это событие подтвердило, что солнечный парус способен не просто дрейфовать, а действительно управлять траекторией.

С тех пор несколько миссий подтвердили работоспособность идеи. Японский аппарат IKAROS от JAXA ещё в 2010 году отправился к Венере, используя отражающие плёнки. Каждая из них была тоньше человеческого волоса, но вся конструкция развернулась в 200 раз больше самого корпуса спутника.

Почему парус не работает на Земле? Атмосфера и сила тяжести поглощают почти всё давление фотонов. Поэтому такие устройства можно испытывать только в космосе.

Что произойдёт, если Солнце закроет планета или астероид? Парус временно теряет тягу, но не прекращает движение – накопленный импульс сохраняет инерцию, пока свет не вернётся.

Как устроен солнечный парус

Материалом для таких конструкций служат сверхлёгкие композиты – чаще всего майлар или каптон, покрытые алюминиевым отражающим слоем. Вес всего паруса – доли килограмма, а площадь может достигать сотен квадратных метров.

Система работает просто:

1. Спутник разворачивает плёнку после выхода на орбиту.

2. Отражённые фотоны создают давление.

3. Постепенно аппарат набирает скорость – сантиметры, потом метры в секунду.

4. Управление углом паруса позволяет менять направление движения.

Чем дальше от Солнца, тем слабее поток света, но при достаточной площади полотна парус остаётся эффективным даже за орбитой Марса. NASA в проекте NEA Scout рассчитывает применять эту технологию для изучения астероидов, где обычные двигатели работать не могут из-за отсутствия топлива и возможности подзарядки.

Ошибки прошлого и новое мышление

Ранее считалось, что для межпланетных миссий необходимы только мощные двигатели. Это была главная инженерная ошибка XX века: попытка компенсировать массу тягой, а не временем. Космический парус опроверг это убеждение. Его тяга мала, но постоянна – именно это делает его эффективным на дистанции.

Когда первые инженеры предлагали использовать свет как источник движения, идея казалась фантастикой. Но расчёты показали, что при постоянном ускорении даже в миллиметры в секунду за день аппарат может достичь скоростей, недостижимых для любой ракеты.

А что если объединить солнечный парус с другими технологиями? Тогда возможна гибридная установка, где парус обеспечивает длительное ускорение, а электрические или ионные двигатели – манёвры. Такие комбинации уже рассматриваются в проектах ESA и NASA для будущих миссий к Юпитеру и Сатурну.

Перспективы и риски

Идея кажется совершенной, но у неё есть ограничения. Солнечный парус нельзя использовать вблизи массивных планет с сильной гравитацией – давление света просто не перекроет притяжение. Кроме того, развёртывание больших плёнок в открытом космосе сопряжено с риском повреждений микрометеоритами.

Инженеры решают задачу надёжности несколькими способами:

• делают многослойные материалы с самовосстанавливающимися свойствами;

• добавляют автоматические складывающиеся элементы;

• используют защитные покрытия, отражающие ультрафиолет и радиацию.

Что будет, если солнечные паруса станут массовыми? Тогда космос изменится визуально – орбита наполнится яркими точками, видимыми с Земли, как это уже происходило с LightSail-2. Это создаст и навигационные, и эстетические проблемы: астрономы предупреждают о росте засветки неба.

От моря к звёздам

Сравнение с эпохой Великих географических открытий кажется уместным. Тогда человечество искало новые материки, теперь – новые миры. Если раньше парус наполнял ветер, то теперь – свет. В обоих случаях движущая сила одна: желание выйти за горизонт.

По прогнозам NASA, солнечные паруса могут стать основой межпланетных миссий к середине XXI века. В перспективе – экспедиции за пределы Солнечной системы, где давление звёздного излучения заменит солнечный ветер.

Можно ли будет когда-нибудь плыть к другим звёздам? Да, если соединить фотонный парус с лазерным лучом, направленным с Земли. Такой проект – Breakthrough Starshot – уже разрабатывается, и в теории способен отправить миниатюрный зонд к Альфе Центавра за несколько десятилетий.