Солнечные паруса в космосе

Солнечные паруса в космосе

Около 5 тысяч лет назад в Древнем Египте произошло нечто, что в корне изменило мир. Судя по археологическим находкам, примерно в это время египтяне изобрели паруса, которые начали использоваться для управления кораблями при помощи силы ветра. В это сложно поверить, но на данный момент человечество снова стоит на пороге открытия, которое повлияет на весь мир. Ученые пытаются использовать так называемые «солнечные паруса» для управления космическими спутниками. Осталось совсем немного времени до момента, когда космические аппараты смогут работать без топливных двигателей.

На данный момент большинство искусственных спутников, которые кружатся вокруг нашей планеты, работают на энергии ионных двигателей. Эти двигатели тяжелы, стоят довольно дорого и работают всего около трех лет, поэтому ученые уже давно пытаются найти им альтернативу. В далеком 1920 году советский изобретатель Фридрих Цандер осознал, что для полетов в космосе можно использовать подобие парусов, используемых в кораблях. Но как, по его мнению, паруса могут приводить в движение космические объекты? Ведь в космосе нет ветра.

Как летают спутники?

Дело в том, что в космосе есть замечательная альтернатива ветру — солнечный свет, который состоит из невообразимого количества частиц, называемых фотонами. Каждая из них может ударяться о твердые поверхности и создавать давление, которое способно толкать объекты вперед. Представьте, как бильярдный шар сталкивается с другими шарами на столе — примерно так фотоны света и воздействуют на поверхность паруса. Так почему бы не сделать так, чтобы этой твердой поверхностью был огромный парус, а движимым объектом — крошечный спутник?

Ученые много раз пытались привести космические спутники в движение при помощи солнечных парусов, но им это долго не удавалось. Дело в том, что сила частиц солнечного света очень мала и ее не хватает для того, чтобы толкать большие спутники вперед. Ученым потребовались десятки лет, чтобы уменьшить спутники до размеров крохотных смартфонов. Одними из таких компактных аппаратов являются кубсаты, которые изготавливаются в размерах 10 х 10 х 11 сантиметров. Несмотря на малые размеры, у них есть все необходимое для наблюдения за Землей.

Первый работающий солнечный парус

Первым космическим спутником с работающим солнечным парусом стал японский аппарат IKAROS. Его запуск состоялся 21 мая 2010 года, когда тонкий парус с 20-метровой диагональю пребывал в сложенном виде. После выхода на орбиту, парус начал раскрываться и завершил этот процесс только спустя неделю после начала. При помощи этого паруса и солнечного света, аппарат смог регулировать направление своего движения. Однако, потом аппарат попал в тень и впал в «спячку», из-за чего эксперимент пришлось остановить.

IKAROS — первый космический аппарат с работающим солнечным парусом

Солнечный парус LightSail 2

Но ученые не опустили руки и испытания солнечного паруса идет прямо сейчас. Если взглянуть на ночное небо, там вполне можно заметить космический аппарат LightSail 2 от Планетарного сообщества. Он был выведен на орбиту нашей планеты в июне 2019 года при помощи ракеты-носителя Falcon Heavy. Спустя несколько недель он раскрыл свой солнечный парус — его площадь равна 32 квадратным метрам и именно поэтому у людей есть возможность разглядеть его с Земли. Подумать только — парус имеет почти такую же площадь, что и среднестатистическая квартира!

Аппарат LightSail 2 прямо сейчас находится на орбите Земли

Парус неспроста имеет такой огромный размер. Дело в том, что для приведения в движение даже маленького аппарата размером с буханку хлеба, частицам солнечного света нужно воздействовать на максимально возможную площадь паруса. Возможно, в будущем ученым удастся создать спутники меньшего размера, например, со спичечный коробок. Вот тогда паруса действительно станут маленькими, и разглядеть их с Земли будет невозможно.

Кстати, у аппарата LightSail-2 был прототип под названием LightSail-1. Он был выведен на орбиту 20 мая 2015 года и развернул парус 7 июня. Спустя еще 7 дней он провел свой тестовый полет, который длился не более суток. В отличие от прототипа, аппарат LightSail-2 будет лететь по орбите Земли как минимум до середины августа.

Какова скорость солнечного паруса?

Наверное, вам интересно, какую скорость можно развить при при помощи солнечного паруса? Скорость движения и интенсивность ускорения напрямую зависит от размеров паруса и спутника. Аппарат LightSail 2 на данный момент совершает полный оборот вокруг нашей планеты за 90 минут. Скорость движения спутника, кстати, постоянно увеличивается — за один месяц пребывания под воздействием солнечного света он ускоряется на 549 ​​километров в час. Пока скорость аппарата довольно мала, но со временем, если его оставить в рабочем состоянии, он может достигнуть скорости Международной космической станции, а это около 27 000 километров в час.

Читайте также:  Cooler master v1000 1000w

Аппарату LightSail 2 нужно постоянно кружиться, чтобы ловить солнечные лучи

Так как работоспособность спутников с солнечными парусами напрямую зависит от частиц света, их невозможно использовать за пределами Солнечной системы. Хотя, в остальных частях Вселенной наверняка есть другие источники света, поэтому в очень далеком будущем солнечные паруса тоже могут пригодиться.

Преимущества солнечных парусов

Солнечные паруса действительно работают и совсем скоро спутники могут лишиться своих ионных двигателей. Это заметно снизит их стоимость, потому что солнечные паруса явно обходятся дешевле двигателей, ведь по сути это — зеркальное полотно, растянутое вокруг спутника. К тому же, аэрокосмическим компаниям не придется тратить деньги на дорогостоящее топливо — в «парусных» спутниках оно попросту не нужно.

Ионный двигатель действительно выглядит дороже солнечных парусов, не так ли?

К сожалению, получив возможность создавать дешевые спутники, компании могут чаще выводить их на околоземную орбиту. А объектов вокруг нашей планеты и так очень много, причем в ближайшие десять лет их станет еще больше — ведь никто не забыл, что Илон Маск хочет создать всемирный интернет Starlink при помощи 12 000 спутников? Мы, люди, уже почти создали работающие солнечные паруса — теперь нам нужно думать, как избавиться от космического мусора.

Напоследок, хочется порекомендовать рассказ английского фантаста Артура Кларка «Солнечный ветер». В нем рассказывается о регате космических кораблей, которые движутся при помощи давления солнечного ветра. В своем произведении писатель рассказал о разных видах солнечных парусов (они еще не существуют!) и способах управления ими.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Принцип действия

Солнечный парус – это приспособление, которое использует давление солнечного света на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата.

Применение данной технологии позволит совершать даже самые длительные космические полеты, ведь для движения в межзвездном пространстве кораблю не нужно будет иметь на борту огромный запас физического топлива – источник движения будет находиться повсюду.

Конечно, чем дальше будет расстояние космического корабля с солнечным парусом от источника света, тем меньшим будет его давление. Но ведь огромные пространства Вселенной представляют собой вакуум, следовательно, не будет силы, замедляющей движение космолета. Зато даже самый слабый свет от далеких звезд будет постепенно увеличивать скорость полета.

Считается, что космический аппарат, движимый солнечным парусом достаточного размера, может развить скорость примерно в одну десятую от световой.

Существуют также идеи, предполагающие замену основного источника движения такого паруса с солнечного света на лазерный луч. Изначально предполагалось устанавливать источник этого луча на Земле, но сейчас появились куда более смелые предложения по созданию таких конструкций где-нибудь на отделенных планетах Солнечной Системы или даже на космических станциях в межзвездном пространстве. Идеальным вариантом будет развертывание целой системы лазерных установок по дороге к другим звездам. Но это – дело далекого будущего.

История

Истоки идеи солнечного парус следует искать в работах знаменитого шотландского физика Джеймса Максвелла (вторая половина девятнадцатого века), который сформулировал электромагнитную теорию света и предсказал существование давления света.

Мечты о космических кораблях, которые будут передвигаться благодаря давлению солнечного света, появились уже в конце девятнадцатого века в работах писателей-фантастов. К примеру, в романе «Необычные приключения одного русского ученого» французов Жоржа ле Фора и Анри де Графиньи идет речь об экспедиции на Венеру, во время которой для движения было использовано огромное параболическое зеркало.

По иронии судьбы именно российский ученый и разработал первую в истории реальную конструкцию летательного аппарата на солнечном парусе. Советский инженер Фридрих Цандер в 1924 году подал в Комиссию по изобретениям соответствующую заявку, но эксперты назвали ее слишком фантастической и отклонили.

Читайте также:  Саундбар lg sk9y отзывы

На Западе идею создания солнечного паруса связывают, в первую очередь, со знаменитым астрономом, астрофизиком и популяризатором науки Карлом Саганом. Он был большим сторонником межзвездных полетов, и как ученый стал одним из самых авторитетных консультантов NASA.

Саган впервые упомянул идею солнечного паруса в 1976 году. До этого он столкнулся с проблемой невозможности дальних космических полетов при помощи летательных аппаратов на основе физического двигателя. Но солнечный парус в теории позволял выйти из данного технологического тупика.

В 1980 году Карл Саган с единомышленниками, другими знаменитыми учеными, основал Планетарное общество, целью которого значится исследование космического пространства, поиск внеземной жизни, а также поддержка направленных на это проектов. Данная организация и является одним из главных сторонников и лоббистов идеи солнечного паруса.

Попытки создания

Еще в 1974 году инженерам удалось впервые «обуздать» солнечный ветер. Произошло это в рамках запуска американской автоматической межпланетной станции Маринер-10. В качестве солнечного паруса выступили ее панели солнечных батарей. Их развернули под нужным углом к Солнцу, что позволило корректировать расположение корабля в пространстве.

Следующей конструкцией, похожей на солнечной парус, стал отражатель Знамя-2, установленный в 1993 году на орбитальной станции Мир. Но он использовался не в качестве ускорителя, а как дополнительный источник света для Земли. Эта конструкция создала на поверхности нашей планеты огромный «солнечный зайчик» диаметром 8 километров.

В дальнейшем процесс создания и развертывания солнечных парусов столкнулся с настоящим злым роком. Так, в 2005 году упала во время старта российская ракета Волна, несущая на орбиту спутник Космос-1 с солнечным парусом диаметром 30 метров.

Неудачами закончились попытки запустить солнечные паруса в 2001 и 2005 году. Ракета Falcon 1 от американской компании SpaceX , стартовавшая в августе 2008, также должна была отправить на орбиту солнечный парус, NanoSail-D. Но она упала на третьей минуте полета.

Первый по-настоящему удачный запуск солнечного паруса состоялся в 2010 году в рамках японского проекта IKAROS. Японские инженеры отправили на орбиту и смогли там полностью развернуть полиамидную пленку толщиной 7,5 мкм и площадью 196 квадратных метров.

Этот солнечный парус функционировал в течение многих месяцев во время полета автоматической межпланетной станции Акацуки в сторону Венеры. Возможно, он действует и сейчас, но с 2012 года с аппаратом нет связи.

В ноябре 2010 года американская ракета Минотавр-4 вынесла на орбиту солнечный парус NanoSail-D2. Объект летал вокруг Земли в течение восьми месяцев, и многие жители нашей планеты успели увидеть его на ночном небе в виде яркой точки, плывущей по небосводу.

А дальше снова неудача. Вернее, отсутствие удачи. В январе 2015 года NASA планировало вывести на орбиту при помощи частной ракет-носителя Falcon 9 солнечный парус Sunjammer, названный в честь одноименного рассказа Артура Кларка. Он должен был стать самым большим в истории объектом подобного рода, ведь площадь его поверхности составляет около 1200 квадратных метров.

Но в ноябре 2014 года стало известно, что Американское космическое агентство отменило этот запуск, так что ракета Falcon 9 отправилась на орбиту без солнечного паруса на борту. Запуск Sunjammer пока что перенесен на 2018 год.

Текущие и будущие проекты

А теперь вернемся к Планетарному обществу. Именно оно инициировало запуск солнечного паруса LightSail-1, тестовое применение которого состоится 30 мая 2015 года. Правда, речь пока что идет лишь об отработке технологий, а не о полноценном проекте.

Парус LightSail-1 имеет площадь 32 квадратных метра. Он будет работать в паре с миниатюрным спутником CubeSat (так же, как и NanoSail-D2). Задача этого запуска заключается в тесте систем развертывания паруса, а также системы управления и связи. Аппарат проработает на орбите максимум десять дней. При этом его можно будет наблюдать с Земли в темное время суток.

Если же эти тестовые испытания дадут положительный результат, уже в 2016 году Планетарное общество запустит на орбиту полноценный солнечный парус LightSail-1. Он будет функционировать на высоте 800 километров, при этом время работы данного аппарата составит около четырех месяцев.

Читайте также:  Сброс ошибки epson l355

Создатели LightSail-1 надеются изучить за это время возможности маневрирования в Космосе с помощью солнечного паруса.

Интересно, что Планетарное общество решило обратиться за помощью в финансировании данного проекта ко всем жителям Земли. Организация запустила кампанию по сбору средств на сайте Kickstarter. Она стартовала всего несколько дней назад и уже собрала около 763 тысяч долларов при 200 тысячах изначально запрашиваемых. На данный момент, в ее фонд пожертвовало более 15 тысяч человек.

Можно сказать, что реальная история солнечных парусов начинается прямо на наших глазах. Красивая теория, которая дает нам перспективу межзвездных путешествий, пока что остается лишь теорией. Но в ближайшие десятилетия практика покажет, насколько верны предположения Максвелла, Цандера и Сагана.

Впрочем, солнечный парус – это лишь одна из многих технологий, которые в будущем откроют нам путь к звездам. Про остальные, не менее смелые и гениальные идеи, можно прочитать в обзоре лучших космических проектов из скорого будущего .

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Солнечные паруса во многом похожи на корабельные. Вместо ветра они используют давление солнечного света на зеркальную поверхность, но и те и другие позволяют двигаться вперед без затрат энергии и легко маневрировать. И недостатки у солнечных парусов те же: малая грузоподъемность и ускорение. Но если на море паруса давно уступили место двигателям, то в космосе их, похоже, ждет большое будущее. Есть расчеты, согласно которым парусный космический корабль — это очень удобное средство для путешествий к астероидам и обратно — например, с грузом добытой там руды.

Убрать мачты

В отличие от корабельных, солнечные паруса запросто обходятся без такелажа. Существуют варианты каркасных солнечных парусов, но, по словам Николая, проблем с ними больше, чем с бескаркасными — гелиороторными, которые удерживает в расправленном состоянии не мачта и реи, а центробежная сила. Миссия «Ярило» поднимет как раз такой роторный парус — всего две лопасти, в неактивном состоянии намотанные на катушку, в расправленном — распростертые и кружащиеся. Отсутствие направляющих позволяет предельно облегчить парус. Всю его массу составляет тонкая (12 микрон) полоска полиимидной пленки с алюминиевым напылением — той же, из которой шьют «одеяла» для теплоизоляции в открытом космосе. Чем меньше удельная масса, тем большую тягу может создать парус и тем больше груза может унести.

Николай Неровный, выпускник факультета специального машиностроения. Кандидат технических наук по специальности «математическое моделирование». В проекте «Ярило» занимается разработкой бортового программного обеспечения для спутников.

Космическое такси

Задача парусов миссии «Ярило» — доставить оба спутника на свои точки орбиты, рассчитанные так, чтобы спутники попеременно оказывались в тени Земли и наблюдали за звездой непрерывно. Оба спутника будут лететь в одном пусковом контейнере и разойдутся, только покинув его: для этого один из парусов раскроется немного раньше и затормозит спутник, пока второй будет двигаться по изначальной орбите.

«Сегодня для разведения спутников используют похожий способ — с помощью точно рассчитанного поворота солнечных батарей. Но такой способ занимает месяцы, а наша команда собирается вывести «Ярило» на расчетные точки в течение нескольких недель», — объясняет Николай.

О том, что зеркальные пленки можно использовать для навигации в открытом космосе, догадались еще в 1920-е годы, но вплоть до 1990-х уровень развития технологий не позволял создать компактные устройства управления, да и материалов, подходящих для солнечных парусов, не существовало. Все изменилось, когда появились кубсаты — маленькие и легкие спутники — и прочные полимеры, способные выдержать космические перепады температур и радиацию. "Ярило" не станет первой миссией на солнечном парусе: до нее успешно развернулись американские аппараты LightSail-1, LightSail-2, NanoSail-D2 и гигантский японский солнечный парус IKAROS (196 м 2 ). Удачных примеров могло быть и больше, но солнечные паруса часто гибли вместе с ракетами-носителями: в 2005 году Cosmos 1 сгорел вместе с ракетой, выпущенной с подводной лодки «Борисоглебск», а через три года NanoSail-D постигла та же судьба во время неудачного запуска Falcon 1.

Ссылка на основную публикацию
Смарт часы фикситайм 3 отзывы
Данный товар недоступен для доставки в Ваш регион Мы всегда стремимся к лучшему, чтобы радовать своих покупателей самыми выгодными ценами....
Сколько метров полоса разгона
Добрый день, уважаемый читатель. В этой статье речь пойдет про дополнительные полосы, предназначенные для разгона и торможения транспортных средств. Такие...
Сколько микрофонов в телефоне
Автор : Семён Романов Время чтения: 2 минуты Содержание Типы микрофонов Расположение в устройстве Возможности гарнитуры Как происходит подавление шумов...
Смарт часы эпл для детей
1 min Apple Watch — самые популярные умные часы в мире. Является ли это идеальным выбором для вашего ребенка, зависит...
Adblock detector