Новости
Парус — одно из самых удивительных изобретений человека. Благодаря ему отважные мореплаватели сумели расширить горизонты нашего мира, объединив некогда разрозненные народы в единое человечество. Даже сейчас, когда океанские просторы бороздят громадные корабли на дизельной и атомной тяге, у каждого, кто видит белый парус в морской дали, поневоле замирает сердце. И тот же самый человеческий гений, который когда-то поднял первый парус над волнами, нашел способ использовать его для передвижения... в космическом пространстве!
«Фалы — узкие полосы непосеребренной пластиковой пленки — были бы совсем невидимы, если бы не флюоресцирующая краска. Сейчас они казались протянувшимися на сотни ярдов упругими разноцветными лучами; каждая пленка управлялась своим электрическим брашпилем, чуть больше катушки спиннинга. Эти крохотные брашпили непрерывно вращались, то выдавая, то выбирая фалы по команде автопилота, который держал парус под нужным углом к Солнцу. Нельзя не залюбоваться переливами солнечных лучей на этом исполинском гибком зеркале... Оно медленно колыхалось, вибрировало, и множество отражений светила бежало по нему, теряясь у кромки паруса...»
Так поэтически и вместе с тем по-инженерному точно в рассказе «Солнечный ветер» (The Wind From the Sun, 1964) описал управление межпланетной яхтой всемирно известный писатель-фантаст Артур Кларк.
По сюжету рассказа Кларка, энтузиаст использования солнечного паруса в космической навигации по фамилии Мертон участвует в межпланетной регате, победитель которой должен первым достичь орбиты Луны. Из-за мощной вспышки на Солнце, рентгеновское излучение которого могло погубить участников гонки, регата была прервана, пилоты солнечных яхт эвакуированы, да и сами яхты прекратили полет. Все, кроме «Дианы», построенной Джоном Мертоном: прежде чем покинуть борт своего суденышка, он направил его к звездам.
Как это нередко бывает, воображение писателя-фантаста не только опередило свое время, но и предвосхитило многие драматические коллизии, связанные с реальными попытками использовать технологию солнечного паруса для передвижения в межпланетном пространстве. Надо сказать, сама идея передвигаться в вакууме посредством давления солнечных лучей принадлежит писателям-фантастам. Впервые об этом упомянули два плодовитых французских беллетриста — драматург Жорж Ле Фор и талантливый инженер Анри де Графиньи — в романе «Необычные приключения одного русского ученого» (Les Aventures extraordinaires d`un savant russe, 1889). Герои книги отправились на Венеру, используя огромное параболическое зеркало, отражавшее свет Солнца.
«Извольте, я выскажусь яснее. Свет есть не что иное, как колебание эфира. Так? Прекрасно. Теперь предположим, что значительное количество таких колебаний отражено при помощи огромного зеркала, прямо по направлению к Венере. Что тогда выйдет? Конечно, световые волны со страшной скоростью понесутся в пространстве и достигнут Венеры. Обитатели Луны пользуются этим, чтобы передавать звуки своего голоса, а мы воспользуемся, чтобы перенестись самим...»
Первую попытку предложить реальную конструкцию аппарата на солнечном парусе предпринял советский инженер, основоположник практической космонавтики, один из руководителей легендарной ГИРД Фридрих Артурович Цандер. В 1924 г. в Комитет по изобретениям им была подана заявка на проект космического самолета.
По задумке Цандера, этот аппарат должен был подниматься в плотных слоях атмосферы сначала с помощью воздушного винта, затем — в более разреженной среде — посредством жидкостного ракетного двигателя, который бы использовал в качестве топлива металл «отработанного» винта и мотора. На орбиту выводилось сравнительно небольшое крылатое устройство, продолжавшее полет с помощью солнечного паруса и способное вернуться на Землю.
В итоге Комитет посчитал проект слишком фантастическим, чтобы продолжать какие-либо работы по нему.
В основе использования солнечного паруса в качестве движителя лежит известный физический эффект, который заключается в давлении фотонов, излучаемых нашим дневным светилом, на поверхность любого тела, находящегося в космическом пространстве. Давление это ничтожно мало, к тому же оно уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Так что создаваемая тяга зависит от площади паруса. Чтобы получить требуемое ускорение, снабженный им космический корабль должен быть очень легким. А значит наиболее значительная по площади его часть, то есть сам парус, практически не должен ничего весить.
При всей малости достигаемого ускорения, за продолжительное время космический парусник может разогнаться до весьма приличной скорости, вполне достаточной, чтобы реализация такого проекта имела практический смысл. Пожалуй, главное преимущество космических аппаратов с солнечными парусами заключается в том, что, в отличие от реактивных, они не нуждаются в топливе и, соответственно, способны совершать полеты неограниченной длительности.
Таким образом, солнечные парусники представляют альтернативу современным космическим аппаратам с ракетными двигателями, основная часть массы которых приходится на емкости с топливом или другим рабочим телом.
История практического осуществления идеи космического парусника началась в 1989 г. В честь приближающегося 500-летия открытия Америки Колумбом Юбилейный комитет Конгресса США объявил международный конкурс на создание космических кораблей с солнечными парусами, с последующим их полетом к Марсу. Предполагалось, что гонка начнется в 1992 г. и завершится через 500 дней. Заявки на участие в конкурсе подали такие космические державы, как СССР, США, Канада, Великобритания, Италия, Китай и Япония.
Советский Союз был представлен консорциумом «Космическая регата», созданным Научно-производственным объединением «Энергия» и Долгопрудненским конструкторским бюро автоматики. Консорциум объединил работы ведущих предприятий отечественной ракетно-космической отрасли по солнечному парусу.
Инициаторами создания консорциума (кстати, первого в нашей стране коммерческого предприятия, связанного с космосом) стали такие выдающиеся деятели нашей космонавтики, как Владимир Николаевич Бранец и Николай Николаевич Севастьянов. Первым генеральным директором «Космической регаты» стал основоположник в области создания космической стыковочной техники, член-корреспондент РАН Владимир Сергеевич Сыромятников.
Тем временем построить легкий и надежный космический корабль с большим парусом оказалось непросто. Еще задолго до того, когда могла бы состояться первая в истории космическая гонка под парусами, претенденты на участие в ней стали выбывать один за другим. Причины тому носили как технический, так и финансовый характер. Технические заключались главным образом в том, что для поддержания формы паруса предусматривалась та или иная рамная конструкция, из-за чего общая масса корабля становилась неприемлемо большой.
Разработка отечественного консорциума выгодно отличалась от других тем, что не предусматривала никакой рамы. В этом проекте солнечный парус представлял собой диск из полимерной пленки толщиной в пять микрон с алюминиевым покрытием. На корабле предполагалось установить два таких диска, которые вращались бы в противоположных направлениях. Благодаря этому вращению создавались центробежные силы: они растягивали пленку, обеспечивая ее плоскую форму. Советский проект оказался лучшим и получил наивысшую оценку жюри конкурса.
Увы, как таковая космическая регата не состоялась. И главным образом — из-за отсутствия у ее организаторов финансовой поддержки.
Удивительно, но, несмотря на отмену гонки к Марсу и распад Советского Союза, работы над отечественным проектом не прекратились. В итоге 4 февраля 1993 г. в рамках космического эксперимента «Знамя-2» состоялось испытание российского солнечного паруса. В сложенном виде он был выведен на околоземную орбиту на борту транспортного космического корабля «Прогресс М-15» и развернут в рабочее состояние.
Что собой представлял первый российский космический парусник? Восемь секторов тонкой зеркальной пленки образовывали диск, диаметр которого равнялся двадцати метрам. Цель эксперимента состояла в проверке методики развертывания тонкопленочной конструкции в космосе и поддержания ее устойчивости за счет вращения. Это можно было осуществить только на орбите: в условиях земной гравитации испытать такую конструкцию невозможно.
Второй задачей эксперимента стало изучение способности космического паруса освещать земную поверхность отраженным солнечным светом. Значительная часть территории нашей страны расположена за Полярным кругом, и освещение районов с проблемным энергоснабжением в течение долгой полярной ночи помогло бы сделать условия жизни и работы людей более комфортными, а также способствовало бы повышению безопасности авиасообщения в высоких широтах, навигации по Северному морскому пути, спасательным мероприятиям в зонах бедствий и т. д.
В целом эксперимент «Знамя-2» был признан успешным. К движению в космосе под солнечным парусом и освещению земной поверхности отраженным им солнечным светом проявили интерес такие серьезные аэрокосмические агентства, как NASA и Deutsche Aerospace AG (DASA). Между представителями этих организаций и руководством российского консорциума прошли переговоры о сотрудничестве и были достигнуты конкретные договоренности.
И все же при всей успешности эксперимента были выявлены конструктивные недостатки проекта «Знамя-2». На сектора солнечного паруса, которые были растянуты центробежными силами в радиальном направлении, действовали сжимающие силы, направленные по окружности, из-за чего на пленке возникали волны, хорошо заметные на знаменитой фотографии. К сожалению, хуже ожидаемых оказались и отражающие свойства паруса.
Эти недостатки предстояло устранить в ходе последующих работ по программе совместных российско-американских научных исследований и экспериментов. При участии NASA начались работы по проекту усовершенствованного отражателя «Знамя-3». В качестве промежуточного эксперимента планировался запуск аппарата, получившего название «Знамя-2.5». В финансировании работ участвовали и российские газодобывающие предприятия, работающие на Крайнем Севере.
Проектировщики предложили оригинальные конструктивные меры для более равномерного растяжения секторов солнечного паруса. Они же разработали методику оптимизации бескаркасной пленочной конструкции для достижения максимума отражающих характеристик. Диаметр зеркала был увеличен до 60 метров. Был выбран другой материал пленки, имеющий повышенную радиационную стойкость, что позволяло увеличить сохранность космического паруса-зеркала при длительной эксплуатации.
В середине 1990-х годов испытание этого зеркала было включено в планы российского космического ведомства. И в самом деле, перспективность подобных проектов казалась очевидной. Ведь с помощью орбитального зеркала можно было не только освещать полярные области и другие затененные регионы планеты, но и подступиться к решению новой проблемы, с которой в последние десятилетия столкнулось человечество. Речь идет о возможности регулирования климатических изменений. Если солнечный парус-зеркало большого диаметра разместить между Землей и Солнцем, в первой либрационной точке Лагранжа, то появится возможность отражать избыточный поток фотонов, нагревающих земную атмосферу. Уникальность такой системы в том, что и доставка в эту точку космического корабля-парусника и его маневры также могут быть обеспечены за счет энергии солнечного излучения.
К сожалению, эксперимент по разворачиванию в околоземном пространстве большого солнечного паруса не был осуществлен. Не спасло проект даже включение его в Долгосрочную программу космических экспериментов. Финансирование так и не было открыто. Сама Долгосрочная программа неоднократно пересматривалась и даже меняла свое название, но эксперимент «Знамя-3» в ней неизменно присутствовал. Этот проект всегда оставался важной составляющей планируемых научно-технологических работ на борту сначала орбитальной станции «Мир», а после ее затопления — МКС.
Несмотря на то, что эксперимент был включен в этапную программу, «зеленый свет» проект так и не получил. Тем не менее, ряд отечественных предприятий продолжили работы в области солнечных концентраторов и парусов. В частности, можно отметить проведенный в 2005 г. совместный российско-американский эксперимент «Космос-1» (Cosmos 1), материальная часть для которого была сконструирована и изготовлена в НПО имени Лавочкина по заказу Планетарного общества США.
А что же наши конкуренты в международной космической гонке? Они, как водится, не дремали. Пока создатели российского солнечного парусника обивали пороги высоких кабинетов в поисках финансирования, за рубежом осуществили несколько успешных запусков космических аппаратов, аналогичных нашему «Знамени-3».
В мае 2010 г. Японское космическое агентство JAXA вывело на орбиту аппарат Ikaros. Полотнище паруса — площадью 14 м2 и толщиной 7.5 микрона — было успешно расправлено, и встроенные в него солнечные батареи стали вырабатывать электрическую энергию.
Через пять лет в США с мыса Канаверал был запущен наноспутник LightSail-1 с солнечным парусом. При массе всего 4.5 кг он имел парус площадью 32 м2. Еще через четыре года полетел LightSail-2.
Судя по опубликованным фотографиям, ни в одном из этих экспериментов не удалось устранить эффекта «измятости» парусов после разворачивания. Тем не менее наши иностранные партнеры подают эти события как значительные достижения в области «парусной» космонавтики. Как водится, о российском эксперименте «Знамя-2», который первым доказал, что подобная технология осуществима на практике, в зарубежных публикациях на эту тему не упоминается.
Легче всего упрекнуть японских и американских специалистов в недостаточной осведомленности о фактах космических исследований и пренебрежении нашим приоритетом. Однако куда честнее признать, что старая истина об отстутствии пророка в своем отечестве получила лишнее подтверждение.
Можно долго перечислять все возможности, которые предоставляет поначалу беспилотная, а в дальнейшем и пилотируемая «парусная» космонавтика. Здесь и способ менять высоту орбиты космических аппаратов без использования реактивных двигателей, и создание системы раннего предупреждения солнечных штормов, и полномасштабное исследование нашей планетной системы, причем все это с минимальными затратами, и даже, чем черт не шутит, действительно проведение межпланетных регат.
И наиболее убедительный пример: именно солнечные парусники позволят человечеству увидеть другие миры, лежащие далеко за пределами доступной нам сейчас части космоса. Дело в том, что Солнце можно использовать как гравитационную линзу. Вблизи очень массивных тел, каким, без сомнения, является наше дневное светило, фотоны летят по кривой. Поэтому для наблюдателя, который находится по другую сторону от наблюдаемого источника света, массивный объект может служить линзой, позволяющей видеть очень далекие космические миры. Правда, чтобы воспользоваться этим эффектом, нужно оказаться в фокусе солнечной гравилинзы.
В отличие от оптических линз, у гравитационных нет точки фокусировки — есть лишь фокальная линия. В нашей планетной системе она начинается на расстоянии 547.8 астрономической единицы от Солнца, то есть более 74 млрд километров!
По предварительным расчетам, если в фокусе солнечной гравилинзы разместить телескоп с зеркалом всего лишь метрового диаметра и небольшим коронографом (устройство, позволяющее блокировать свет Солнца), можно получить изображение экзопланеты, удаленной от нас на сто световых лет. При этом каждый пиксель изображения будет соответствовать километру поверхности экзопланеты. Чтобы создать телескоп большей мощности, нужно запустить несколько аппаратов массой до десяти килограммов, которые можно доставить в нужную область пространства с помощью... солнечного паруса!
Разумеется, на преодоление расстояния более чем в пятьсот астрономических единиц потребуются десятилетия, но в итоге станет возможным получение детального изображения поверхности избранной экзопланеты. Велика вероятность, что таким образом мы обнаружим доказательства существования вне Земли не только жизни, но и разума.
Представьте: если бы астрономы иной цивилизации направили аналогичный телескоп на нашу планету еще многие сотни лет назад, они бы уже тогда могли увидеть загадочные узоры на плато Наска в Перу или Великую Китайскую стену и убедиться, что на Земле существует высокоразвитая культура. Тем более, они смогли бы это сделать сейчас. Им было бы достаточно взглянуть на ночную сторону нашей планеты.
Даже небольшая вероятность обнаружения обитаемой экзопланеты с помощью солнечного паруса делает развитие этой технологии весьма престижной задачей для космической державы. Разумеется, достижения подобного рода имеют общечеловеческое значение, но страна, ставшая родиной Циолковского, Цандера, Королёва, Гагарина, не должна стоять в стороне от подобного величайшего открытия в истории вида homo sapiens.
Игорь Минаков, Русский космос
Фрагмент текста с ошибкой:
Правильный вариант:
