И.Черный. «Новости космонавтики»

Сверхлегкий парус, который мог бы приводить в движение космический аппарат для межзвездных исследований. Парус получает энергию от луча, генерируемого спутником с солнечной энергоустановкой. Спутник преобразовывает энергию в микроволновый или лазерный луч, направленный на парус. Рисунок NASA.

   6 июля ученые NASA объявили, что достигли важных результатов в лабораторных исследованиях т.н. «микроволновых» и «лазерных» космических парусов. В «микроволновом» эксперименте парус оторвался от земли и «полетел», а в «лазерном» – двигался в горизонтальном направлении.
   Эксперимент с «микроволновым» парусом проводился в вакуумной камере лаборатории JPL, а эксперимент с его «лазерным» собратом – в вакуумной камере авиабазы ВВС Райт-Паттерсон в Огайо.
   «В «микроволновом» эксперименте наблюдалось ускорение, многократно превышающее ускорение силы тяжести, – сказал доктор Джеймс Бедфорд (Benford), директор проекта и президент компании Microwave Sciences, Inc. (Лафайет, Калифорния). – Однажды под его воздействием парус подлетел на два фута».
   На парус был направлен микроволновый пучок мощностью 10 кВт. Анализ данных позволяет изолировать эффект давления фотонов от других возможных причин перемещения паруса. В других тестах на парус направлялся лазерный луч мощностью от 7.9 до 13.9 кВт. «Фотонная тяга» вычислялась по перемещению парусов, установленных на маятниковых подвесах. В будущем для научного понимания физики полета предполагается исследовать «тонкие структуры» давления фотонов.
   Паруса для обоих экспериментов были предоставлены доктором Тимоти Ноуэллсом (Knowles) из Energy Science Laboratory (Сан-Диего, Калифорния). Они изготавливались из очень легкой немнущейся углерод-углеродной ткани «microtruss», которая может противостоять высоким температурам, возникающим при излучениях с высокой плотностью энергии.
   По словам доктора Лейка Мирабо (Myrabo), адъюнкт-профессора Института Rensselaer Polytechnic (Трой, Нью-Йорк), «это первые известные эксперименты по измерению характеристик тяги, создаваемой фотонами лазерного луча, использующей легкие паруса, которые являются кандидатами для космического полета».
   И Бедфорд, и Мирабо – ведущие ученые, авторы многочисленных трудов. 2 июня, во время Конференции по перспективным двигательным установкам в JPL, Мирабо представил результаты «Экспериментального исследования паруса, приводимого [в движение] лазерным лучом в вакууме». Документ Бедфорда, озаглавленный «Эксперименты с приводом от микроволнового луча для космических исследований при высоких скоростях» был представлен на конференции EuroEM 2000 в Эдинбурге (Шотландия), 30 мая – 2 июня, а также на вышеупомянутой конференции JPL. Имена Ноуэллса и Хэрриса присутствуют среди прочих авторов обоих документов. Хэррис также принимал участие в «микроволновом» эксперименте.
   Научно-исследовательская лаборатория энергии имеет патент на материал для паруса, который использовался в экспериментах. JPL, являющаяся подразделением Калифорнийского технологического института, отвечает в NASA за межзвездные миссии, в то время как Центр космических полетов имени Маршалла (NASA, Хантсвилл, Алабама) отвечает за разработку транспортных систем.
   Что касается Европы, она тоже не стоит на месте. Хотя внешне способ действия любых «фотонных» парусов – в частности, солнечного паруса (СП) – крайне прост, идея бросала серьезный вызов ученым и инженерам. Поскольку давление, производимое световым потоком, крайне незначительно, для перемещения даже небольшого КА требуются «паруса» потрясающих размеров. По мнению европейских ученых, наступает пора создания первых летных «парусников». 17 декабря 1999 г. в Кельне (ФРГ) в наземных условиях было продемонстрировано развертывание СП. Парус имел в плане форму квадрата со стороной 20 м и был изготовлен из пленки толщиной 7.5 мкм с односторонним зеркальным алюминиевым покрытием.
   Система развертывания СП выполнена в виде небольшого модуля, из нижней части которого выходят четыре раздвижные мачты, после чего в верхней части модуля раскрывается контейнер с пленкой. Реи, равномерно и одновременно скользящие по поверхности развернутых мачт, вытягивают из контейнера пленочное полотнище, формируя парус площадью 400 м2. Масса модуля развертывания, включая мачты и пленочное полотнище, – менее 35 кг, масса полезного груза (целевого КА малой массы Microspacecraft) – не более 65 кг.
   Система для наземной демонстрации развертывания СП создана специалистами Германского авиационно-космического центра в Кельне и Центра трансформируемых космических конструкций в Брауншвейге при финансировании Европейского космического агентства (ЕКА).
   Подобная технология формирования СП выбрана вследствие очень жестких ограничений на массу и объем КА. На основе разработанного модуля предполагается создать «рабочую» систему размерами 60х60х80 см, которая может быть запущена в качестве «попутного груза» на ракете-носителе Ariane 5. В этот объем необходимо вписать все компоненты СП: модуль развертывания, трансформируемые мачты, полотно-отражатель и целевой КА, причем в проект уже заложен парус площадью 1600 м2.
   Кроме лимитов массы, для СП существуют специфические ограничения по мощности системы развертывания паруса. У испытанного устройства для раздвижения мачт требуется мощность 8 Вт, для раскрытия контейнера – 20 Вт и для развертывания пленочного полотнища – 7 Вт.
   После успешных испытаний СП на Земле предполагается провести эксперимент в космическом пространстве, для чего будут изготовлены модифицированный модуль развертывания и отражатель «космических» размеров. Целью эксперимента будет демонстрация пригодности предлагаемой технологии СП для полетов на околоземных орбитах и в дальнем космосе.
   В перспективе аппараты с СП смогут в 10 раз превышать достигнутые на сегодня скорости, используя все время перелета для ускорения и свободного изменения траектории полета. Таким образом, к примеру, после успешной встречи с астероидом или кометой и возвращения на Землю, «парусный» КА может быть направлен к другому телу Солнечной системы. Появляется возможность проводить многократные встречи с малыми планетами в поясе астероидов. Ориентацию СП в пространстве можно будет изменять путем отклонения от вертикали специальной мачты, расположенной в центре паруса; на конце мачты будет установлен КА.
   В рамках космического эксперимента ODISSEE (Orbital Demonstration of an Innovative Solar Sail-driven Expandable structure Experiment – орбитальный эксперимент по демонстрации инновационной солнечно-парусной развертываемой конструкции) возможно осуществление полетов с помощью СП для разведки планет Солнечной системы, а также выполнения некоторых высокоэнергетических миссий, например возвращения на Землю проб грунта или полета вне эклиптики на расстояние в десятки астрономических единиц с целью исследований космической плазмы. Таким образом, технология СП является кандидатом на использование в перспективной программе NASA New Millennium, где сценарии подобных миссий имеют высокий приоритет.

   По материалам Spaceflight Now и Flieger Revue.