Эта статья была первоначально опубликована на Supercluster, веб-сайте, посвященном рассказам о величайших космических историях человечества.
Карл Саган мечтал о навигации по Солнечной системе на парусах, толкаемых солнечными лучами, исходящими от нашей звезды-хозяина.
Теперь Планетарное общество, возглавляемое генеральным директором Биллом Найем «Научным парнем», стремится помочь воплотить эту мечту в реальность с помощью спутника размером не больше обувной коробки. Эти «солнечные паруса», которые были проверены всего несколько раз, могут однажды перенести космический корабль на другие планеты или, возможно, даже в другие звездные системы.
Следующий этап солнечного плавания начался 24 июня, когда ракета SpaceX Falcon Heavy взлетела со стартовой площадки в космическом центре Кеннеди во Флориде. Спрятанный внутри его массивного носового обтекателя, среди двух дюжин других спутников, сидел крошечный космический корабль: устройство размером с хлебную булку, предназначенное для движения в тонкие паруса, которые используют давление солнечного света.
Судно, получившее название LightSail 2, могло бы стать началом новой эры космических полетов, когда космические корабли отказались от ракетных двигателей, на которые они опирались в течение десятилетий, и элегантно плыли под солнечными ветрами. Примерно через семь дней после запуска LightSail 2 выскочит из своего контейнера, выдвинет четыре 13-футовых стрелы и развернет четыре зеркальных листа майлара, которые в совокупности образуют парус в форме воздушного змея площадью 340 квадратных футов. Следующая часть - чистая космическая магия.
Согласно Планетарному обществу, LightSail 2 будет первым кораблем, который будет перемещаться строго по свету, находясь на орбите Земли. Затем LightSail будет как парусная шлюпка, чтобы поднять свою высоту, что позволит ему стать первым космическим кораблем, поднявшимся на более высокую орбиту вокруг нашей планеты. Этот подвиг небесной навигации может стать еще одним шагом к мечте Карла Сагана о путешествии по космосу на отражающих парусах, приводимых в движение лучами света.
**********
Если вы держите руки на солнце, что вы чувствуете? Высокая температура. Но среди тепла скрыто такое давление, что вы никогда его не заметите. Сам свет проявляет силу, как ветреный ветер, но он настолько тонок, что вы никогда не заметите. На Земле это примерно эквивалентно скрепке, лежащей в ваших руках.
Но в космическом вакууме даже незначительное давление может оказать существенное влияние, так как оно толкает все время, час за часом, день за днем. И в отличие от ракетного топлива, есть бесплатный и практически неограниченный запас солнечного света. Если мы можем использовать эту силу, мы можем использовать ее; все, что нам нужно, это паруса. Подобно старым морякам, будущие космические корабли (и космические путешественники) могли продвигаться в огромное космическое пространство с помощью солнца - или, по крайней мере, так Саган представлял это.
Схема космического челнока, выпускающего легкий парус из своего грузового отсека. (ЛРД) У Сагана было грандиозное видение будущего освоения космоса, предполагая, что астро-моряки примут участие в межгалактических регатах, мчащихся на своих космических кораблях по вселенной, используя силу звездного света. Но он не был первым, кто увидел, как человечество плывет на свету.
Четыре века назад комета пронеслась по небу, захватив внимание немецкого астронома Иоганна Кеплера. Он заметил, что хвост кометы, казалось, растянулся позади него. Солнечный свет, думал он, должен нагревать комету и освобождать материал от ее поверхности. Это проницательное наблюдение подтолкнуло Кеплера к мысли, что солнечный свет может быть полезной формой движения.
«Предоставьте корабли или паруса, приспособленные к небесному бризу, и найдутся те, кто отважится даже на эту пустоту», - писал он Галилею в 1608 году.
Кеплер жил в разгар научного возрождения, в то время, когда человечество начало осознавать свое место в космосе. Земля была не центром солнечной системы, а фактически одной из многих планет, вращающихся вокруг одной из множества звезд. Поскольку корабли - обычная форма путешествия в то время - приводятся в движение ветрами, кажется вполне естественным, что Кеплер мог представить людей, плавающих в космосе, так же, как моряки ходят по морям.
Но потребовались бы века, чтобы мечты Кеплера стали реальностью.
В 1865 году Джеймс Клерк Максвелл показал миру, что свет содержит пакеты энергии, называемые фотонами, а фотоны имеют импульс, который может передаваться другим объектам. Если фотон попадет на объект, подобный солнечному солнечному парусу, он передаст часть своей энергии и подтолкнет парус вперед.
Различные легкие формы паруса. (Ракель Скоггин / Суперкластер) С достижениями в области ракетостроения после Второй мировой войны и с запуском спутника в 1957 году идея исследования космоса внезапно перешла от научной фантастики к реальности, и солнечный парусный спорт снова казался заманчивой формой движения.
Вскоре после своего создания НАСА приступило к планированию целого ряда амбициозных космических миссий, включая финансирование нескольких исследований солнечного паруса. В 1970-х годах был разработан план встречи с кометой - той же самой кометой, которую Кеплер наблюдал в небе столетиями ранее. Этот космический корабль будет оснащен солнечным парусом, использующим солнечную энергию для своего путешествия. К сожалению, план был отменен, прежде чем он смог достичь стартовой площадки, но идея солнечного плавания будет жить.
Лу Фридман, инженер НАСА, работавший над этой несуществующей миссией, все еще был убежден, что солнечный парусный спорт является жизнеспособной формой движения. Он (вместе с Карлом Саганом и Брюсом Мюрреем, бывшим руководителем Лаборатории реактивного движения НАСА) в 1980 году в значительной степени основал Планетарное общество, чтобы превратить солнечный парусный спорт в реальность.
«Парусный спорт в целом был вплетен в ДНК Планетарного общества еще до того, как мы были основаны», - говорит Supercluster Дженнифер Вон, главный операционный директор общества. «Все трое из наших основателей приложили руку на ранних этапах солнечного плавания».
**********
Разобраться в том, как построить огромный сверхлегкий солнечный парус и затем запустить его в космос, оказалось бы серьезной проблемой. Но группа выстояла, и первый набег общества на солнечный парусный спорт наконец-то попал на стартовую площадку в 2005 году в форме космического корабля под названием Космос 1. К сожалению, потенциальный спутник не вышел на орбиту, потерпев крушение возле России в Баренцево море. Прошло еще десять лет, прежде чем Планетарное общество достигло своего первого успеха в парусном спорте.
Схема солнечного паруса. (ЛРД) Менеджеры миссий вернулись к чертежной доске и решили подумать поменьше для следующей попытки. Кубесаты размером с буханку хлеба ворвались на сцену космического полета, предоставив более дешевую альтернативу традиционным громоздким спутникам.
По словам Билла Най, появление CubeSats фактически привело к созданию дизайна квадратного паруса. «Квадратный парус оказывается довольно хорошей отправной точкой и довольно хорошим дизайном», - сказал Най в Supercluster.
Получившийся в результате корабль, получивший название LightSail 1, представлял собой уменьшенную версию Cosmos 1. Этот мини-спутник размером с обувную коробку был запущен в 2015 году, совершив полет на ракете Atlas V и вылетев на орбиту рядом с тайным космическим самолетом X-37B ВВС.,
Оказавшись на орбите, LightSail 1 доказал, что может успешно развернуть свой парус в космическом вакууме. Но крошечный спутник столкнулся с множеством проблем, включая сбои программного обеспечения, потери сигнала и проблемы с аккумулятором в ходе своей миссии. После бурного времени на низкой околоземной орбите крошечное судно развернуло свое тезку: четыре блестящих майларовых паруса, доказывая, что вы можете уместить полный легкий парус в небольшой упаковке.
Несмотря на свои неудачи, как демонстрация технологии, LightSail 1 имел успех. Чтобы отпраздновать, это вернуло окончательное селфи. Но это также заставило людей смотреть вверх, пытаясь заметить корабль, взлетевший над Землей. Най даже смог заметить крошечный спутник, мерцающий ночью, когда он пролетал над загрязненным светом небом Нью-Йорка.
С очень небольшим количеством частиц, которые замедляют движение света с помощью сопротивления, это может со временем разогнать космический корабль до очень высоких скоростей. (Ракель Скоггин / Суперкластер) Достижение этой точки стало огромным достижением для Планетарного общества, некоммерческой организации, созданной для продвижения космической науки и исследований. «Пространство выявляет в нас лучшее», - говорит Билл Най. «Это обращается ко всем людям и всем народам».
Более 40 000 членов Планетарного общества поддержали эту миссию (и развитие солнечного парусного спорта), пожертвовав от 5 до более 1 миллиона долларов для финансирования организации.
«Невероятно редко можно получить возможность принять участие в первых этапах новой технологии движения космического корабля», - говорит Брюс Беттс, менеджер миссии LightSail. «Их не так много. Находясь на начальных этапах, на первых этапах солнечного плавания, это большая честь ».
**********
На протяжении многих лет, пока Планетарное общество строило свои парусные корабли, другие люди по всему миру тоже отправились в плавание.
Испытательная миссия 2015 года под названием CubeSail, созданная космическим центром Surrey в Великобритании, была запущена, но не смогла правильно развернуться. Три другие малые парусные миссии - NanoSail-D НАСА, CanX-7 Канады и InflateSail Суррея - имели некоторый успех, но, как и LightSail 1, их миссии были ограничены низкой околоземной орбитой.
Схема солнечного паруса. (ЛРД) Япония достигла наибольших успехов в солнечном плавании, поскольку ее межпланетный воздушный змей, ускоренный излучением Солнца (IKAROS), запущен на орбиту вокруг Солнца в 2010 году. Оказавшись в глубоком космосе, он развернулся на 46 футов в ширину Квадратный парус и, впервые в истории, начал поворачивать и изменять скорость с силой солнечного света.
Корабль также имел солнечные элементы, встроенные в его парус в форме воздушного змея для выработки электроэнергии. Ячейки не должны были производить большую мощность во время полета, но вместо этого помогали служить испытательным полигоном для будущих ионных двигателей.
IKAROS провел следующие три года, измеряя его ускорение из-за легкого давления. Он также испытал различные способы управления его движением, используя встроенные в парус жидкие кристаллы (напоминающие электронный ЖК-дисплей), которые могли регулировать отражательную способность корабля и изменять его скорость. Электричество, протекающее через панели, увеличивало отражательную способность, позволяя космическому кораблю ускоряться вперед, а отключение потока делало давление солнечного света более рассеянным.
Японские космические чиновники говорят, что IKAROS смог отрегулировать и свой курс, и его ориентацию до запланированного окончания миссии в 2015 году. Контакт с IKAROS был потерян, но последующее отслеживание показывает, что солнечный парус продолжает вращаться вокруг Солнца между Землей и Венерой, и форма его орбиты продолжает изменяться в результате изменений светового давления.
Но наряду с его успехами, данные IKAROS показывают, что нам еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем мы сможем полностью реализовать потенциал солнечного плавания. Планетарное общество надеется, что, если все пойдет по плану, LightSail 2 поможет превратить солнечные паруса в надежный, недорогой, не использующий топливо метод полета в космосе.
Оттуда возможности практически безграничны. С легким парусом космический корабль может лететь на Луну, на астероиды, на Юпитер - везде, где дует ветер света, вообще без топлива.
