В рамках проекта LightSail 2, финансируемого частными организациями, весной 2018 года планируется запустить космический аппарат, размером с коробку для завтрака, который по выходе на орбиту развернет майларовый (PTFE) парус площадью примерно с два парковочных места. В случае успеха эту технологию можно будет использовать в будущих миссиях НАСА к Марсу и дальше.
Как хорошо известно, в космосе (пока?) нет заправочных станций. Для отправки недорогих легких космических аппаратов в дальние путешествия НАСА и несколько аэрокосмических компаний исследуют возможности использования энергии солнечного излучения. В число этих возможностей входят отражающие «паруса», надуваемые солнечным излучением, и следующее поколение солнечных электрических движителей.
Солнечные паруса уже не научная фантастика: в 2010 г. японский зонд IKAROS продемонстрировал реальность этой концепции в ходе полета к Венере. Инициаторы этого проекта говорят, что технологии, использованные в планируемой демонстрации аппарата LightSail 2, позволят управлять недорогими спутниками CubeSats на околоземных орбитах без использования топлива. А результаты работы LightSail 2 могут повлиять на миссию НАСА Near Earth Asteroid (NEA) Scout, запланированную на 2019 г., использующую солнечный парус.
Наиболее реальное космическое применение солнечных парусов — в космических аппаратах с очень малыми полезными нагрузками, рассчитанные на длительные полеты с очень малым потребным тяговым усилием. Постоянное давление солнечного излучения, составляющее около 0,34 Н на 100 м2, может постепенно ускорять движение малых космических аппаратов. А изменение ориентации солнечного паруса приводит к изменению угла падения солнечного излучения на него и, следовательно, к изменению направления вектора тяги.
Это идеальная технология для недорогих миссий, которым не нужно спешить, вроде миссии Scout NEA, планируемой для разведки астероида. Слабое ее место состоит в том, что на расстоянии от Солнца, соответствующем орбите Юпитера, солнечное излучение становится слишком слабым для большинства миссий с солнечными парусами. Однако со временем она может пригодиться и для межзвездных полетов, когда мощные лазеры смогут ускорять парусные космические аппараты до скорости в одну десятую скорости света и больше. Одна частная организация планирует послать парусный космический аппарат Breakthrough Starshot к ближайшей к Земле звездной системе Альфа Центавра, долететь до которой он должен будет в пределах жизни одного поколения людей.
Солнечный свет может двигать и гораздо более тяжелые космические аппараты, даже пилотируемые, с помощью солнечно-электрической тяги — солнечные панели могут вырабатывать электроэнергию для двигателей, превращающих газовое топливо в струю плазмы, создающую тягу. И хотя сегодняшние солнечно-электрические системы создания тяги имеют мощности меньше 10 кВт, уже идут работы над созданием систем мощностью в десятки киловатт, причем в качестве ступени к сотням киловатт.
[Фотография: Justin Foley/CAL POLY/The Planetary Society]
