Солнечные паруса нового поколения готовы к запуску
Путешествие в космос может показаться чем-то из области научной фантастики, но эта концепция больше не ограничивается книгами или большим экраном. В апреле технология солнечных парусов нового поколения, известная как Advanced Composite Solar Sail System, будет запущена на борту ракеты Electron компании Rocket Lab со стартового комплекса 1 компании в Махии, Новая Зеландия. Эта технология могла бы способствовать будущим космическим путешествиям и расширить наше понимание нашего Солнца и солнечной системы. Солнечные паруса используют давление солнечного света для приведения в движение, поворачиваясь к Солнцу или от него, так что фотоны, отражаясь от отражающего паруса, толкают космический корабль. Это позволяет отказаться от тяжелых двигательных установок и может обеспечить более длительные и недорогостоящие полеты. Несмотря на то, что масса солнечных парусов уменьшилась, они были ограничены материалом и конструкцией стрел, которые действуют во многом как мачты парусной лодки. Но НАСА собирается изменить подход к парусному спорту на будущее.
В демонстрации усовершенствованной композитной системы солнечных парусов используется двенадцатиблочный (12U) спутник CubeSat, созданный компанией NanoAvionics для тестирования новой композитной стрелы, изготовленной из гибких полимерных материалов и углеродного волокна, которые являются более жесткими и легкими, чем предыдущие конструкции стрелы. Основная цель миссии - успешно продемонстрировать использование новой стрелы, но после ее использования команда также надеется доказать эффективность. Подобно паруснику, поворачивающемуся навстречу ветру, солнечный парус может корректировать свою орбиту, поворачивая парус под углом. После оценки развертывания стрелы миссия проведет серию маневров для изменения орбиты космического аппарата и сбора данных для потенциальных будущих миссий с еще большими парусами.
“Стрелы, как правило, были либо тяжелыми и металлическими, либо сделаны из легкого композита с громоздкой конструкцией – ни то, ни другое не подходит для современных небольших космических аппаратов. Солнечным парусам нужны очень большие, устойчивые и легкие стрелы, которые можно компактно сложить”, - сказал Китс Уилки, главный исследователь миссии в исследовательском центре НАСА в Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния. - Стрелы этого паруса имеют трубчатую форму, их можно расплющить и свернуть, как рулетку, в небольшую упаковку, при этом они обладают всеми преимуществами композитных материалов, такими как меньший изгиб при перепадах температур”. После выхода на солнечно-синхронную орбиту, расположенную примерно в 600 милях (1000 километрах) над Землей, космический аппарат начнет разворачивать свои композитные стрелы, которые охватывают диагонали полимерного паруса. Примерно через 25 минут солнечный парус полностью развернется, его площадь составит около 80 квадратных метров, что примерно соответствует размеру шести парковочных мест. Камеры, установленные на космическом корабле, будут фиксировать важные моменты, связанные с парусом, отслеживая его форму и симметрию во время развертывания.
Благодаря большому парусу космический корабль может быть виден с Земли при надлежащих условиях освещения. После полного раскрытия и правильной ориентации отражающий материал паруса будет таким же ярким, как Сириус, самая яркая звезда на ночном небе. “Семь метров развертываемых стрел могут быть свернуты в форму, которая помещается в вашей руке”, - сказал Алан Роудс, ведущий системный инженер миссии в исследовательском центре Эймса НАСА в Силиконовой долине Калифорнии. - Мы надеемся, что новые технологии, проверенные на этом космическом аппарате, вдохновят других использовать их так, как мы даже не рассматривали”. В рамках технологической программы НАСА по малым космическим аппаратам успешное развертывание и эксплуатация легких композитных балок солнечного паруса докажет их возможности и откроет двери для более масштабных полетов на Луну, Марс и за его пределы.
Эта конструкция стрелы потенциально может поддерживать будущие солнечные паруса площадью до 5400 квадратных футов (500 квадратных метров), что примерно соответствует размеру баскетбольной площадки, а технология, полученная в результате успешной миссии, может поддерживать паруса площадью до 21 500 квадратных футов (2000 квадратных метров) – примерно половину футбольного поля. “Солнце будет продолжать гореть в течение миллиардов лет, поэтому у нас есть неограниченный источник энергии. Вместо того, чтобы запускать огромные топливные баки для будущих миссий, мы можем запустить большие паруса, которые будут использовать уже имеющееся “топливо”, - сказал Родс. - Мы продемонстрируем систему, которая использует этот богатый ресурс для того, чтобы сделать следующие гигантские шаги в исследованиях и науке”. Поскольку паруса используют энергию Солнца, они могут обеспечивать постоянную тягу для выполнения задач, требующих уникальных обзорных точек, например, для изучения нашего Солнца и его влияния на Землю.
Солнечные паруса уже давно являются желательным средством для миссий, которые могли бы оснащаться системами раннего предупреждения для мониторинга солнечной погоды. Солнечные бури и выбросы корональной массы могут нанести значительный ущерб Земле, перегружая энергосистемы, нарушая радиосвязь и воздействуя на самолеты и космические аппараты. Композитные стрелы также могут иметь будущее за пределами солнечной энергетики: легкая конструкция и компактная система упаковки могут сделать их идеальным материалом для строительства жилых помещений на Луне и Марсе, в качестве каркасных конструкций для зданий или компактных антенных опор для создания ретранслятора связи для астронавтов, исследующих лунную поверхность. “Эта технология поражает воображение, переосмысливая саму идею парусного спорта и применяя ее к космическим путешествиям”, - сказал Руди Аквилина, руководитель проекта solar sail mission в NASA Ames. - Демонстрация возможностей солнечных парусов и легких композитных стрел - это следующий шаг в использовании этой технологии для вдохновения будущих миссий”.
