В разработке находится множество миссий по парусному спорту.
Плавание на солнечных батареях может быть относительно медленным процессом, но прогресс в зарождающейся области быстро набирает обороты.
Идея состоит не в том, чтобы использовать обычную двигательную установку, «поглощающую газ», а в том, чтобы использовать вездесущие и энергичные солнечные фотоны для перемещения в космосе. Со временем эта устойчивая тяга от солнечного света может разогнать космический корабль до очень высоких скоростей.
По словам защитников, использование этой технологии, которой в настоящее время занимаются многие страны, может позволить зондам эффективно исследовать внешнюю часть Солнечной системы и даже межзвездное пространство.
Но технология разрабатывалась в течение многих лет — и не всегда все шло гладко.
Проблемная техническая демонстрация
Лунная миссия НАСА «Артемида-1», стартовавшая в ноябре 2022 года, отправила капсулу агентства «Орион» в неуправляемый полет на лунную орбиту и обратно. Но «Артемида—1» также подняла в воздух 10 крошечных спутников ridealong cubesats, одним из которых был solar sailer — разведчик околоземных астероидов НАСА (NEA).
NEA Scout был разработан подразделением передовых исследовательских систем НАСА. Cubesat был разработан двумя центрами НАСА — Центром космических полетов имени Маршалла в Алабаме и лабораторией реактивного движения в Южной Калифорнии.
NEA Scout оснащен ультратонким парусом, который при полном раскрытии с помощью длинных стрел покрывает площадь в 925 квадратных футов (86 квадратных метров). Это довольно мало для солнечного паруса, но оно должно быть достаточно большим для полета cubesat в дальнем космосе, показывая, что двигательная технология готова к прайм—тайму — одной из главных целей миссии.
«Я подчеркиваю, что NEA Scout — это демонстрация технологий, а также научная миссия», — сказал главный исследователь миссии Лес Джонсон из NASA Marshall. Space.com .
NEA Scout стремится отправиться к небольшому астероиду под названием 2020 GE и изучить его вблизи. Cubesat был развернут, как и планировалось, вскоре после запуска Artemis 1 16 ноября, но вскоре у него возникли проблемы: команда миссии до сих пор не смогла связаться с NEA Scout.
«Мы еще не вступили в контакт с космическим кораблем, хотя каждый день пытаемся использовать Deep Space Network», — сказал Джонсон, который работает над миссией почти десять лет. Space.com . «У нас все еще есть надежда, и мы все еще пытаемся!»
ВИДЕО: https://www.space.com/solar
Мега-парус
Джонсон возглавлял работу над солнечными парусами в течение 20 лет, время от времени, учитывая приливы и отливы долларов на разработку.
Технология «прошла долгий путь, и мы работаем над следующей, Solar Cruiser», — сказал Джонсон.
Парус Solar Cruiser имеет колоссальные размеры в 17 800 квадратных футов (1650 квадратных метров) — достаточно большой, чтобы покрыть более шести теннисных кортов. Solar Cruiser завершил предварительный анализ конструкции, и проект рассматривает возможность полета позже в этом десятилетии.
Недавнее развертывание одного квадранта (тестовая статья) огромного паруса Solar Cruiser состоялось в Marshall, освещая эволюцию дизайна мега-паруса.
Solar Cruiser, спонсируемый программой Solar Terrestrial Probes Отдела гелиофизики НАСА, может заложить основу для будущих парусных миссий, которые улучшат мониторинг и прогнозирование космической погоды и помогут ответить на вопросы о Солнце, его взаимодействии с Землей и другими элементами гелиосферы.
За два десятилетия работы Джонсона над солнечными парусами произошли большие изменения, во многом, по его словам, благодаря революции смартфонов: коммерческие микротехнологии распространились на космические корабли, сделав их легче по весу. «Миниатюризация космических аппаратов внезапно делает солнечные паруса более жизнеспособными», — сказал Джонсон.
Лесли Макнатт, заместитель руководителя проекта NASA Solar Cruiser, выразила аналогичные чувства, заявив, что за последние 20 лет парусный спорт на солнечной энергии превратился из идеи в реальность. НАСА и отраслевые партнеры разрабатывают инновационные технологии sail, чтобы помочь раздвинуть границы того, что могут делать небольшие спутники в космосе и как далеко они могут зайти, сказала она Space.com .
«Одна из самых сложных задач, связанных с солнечными парусами, — это развертывание их в космосе. Вы знаете, как ваша рулетка втягивается, когда вы нажимаете на кнопку? Представьте, что вы обращаете этот процесс вспять в космосе, чтобы развернуть парус высотой и шириной с 10-этажное здание из контейнера размером с компактный холодильник», — сказал Макнатт.
Команда проекта Solar Cruiser решила продемонстрировать более крупный солнечный парус, чем любой из ранее летавших. «Мы перенесли концепцию с чертежной доски на разработку … после многих лет напряженной работы, — сказал Макнатт, — прокладывая путь к полету более крупных и сложных солнечных парусов».
Полученные знания
Также пионером солнечного парусного спорта является Планетарное общество, общественная группа по пропаганде освоения космоса. Еще в 2015 году некоммерческая организация LightSail 1 развернула свой парус на околоземной орбите в знаковом испытании. LightSail 1 не совершал никаких реальных плаваний, но его преемник совершил: LightSail 2 поднялся в воздух в 2019 году и кружил вокруг нашей планеты почти 3,5 года, наконец, войдя в атмосферу Земли в ноябре прошлого года.
«Полностью финансируемая более чем 50 000 ежедневных энтузиастов космоса со всего мира, программа LightSail продемонстрировала первую управляемую миссию по солнечному плаванию с использованием небольшого космического корабля cubesat. LightSail 2 поднял престиж солнечного плавания как жизнеспособного метода движения для небольших космических аппаратов для исследования Солнечной системы», — сказал Брюс Беттс, главный научный сотрудник Планетарного общества.
Во время программы LightSail Беттс сказал, что был извлечен ряд подробных уроков о проблемах, связанных с эксплуатацией миссии «Солнечный парус».
«Миссия LightSail помогла нам изучить проблемы управления ориентацией космического аппарата, стратегии регулярных действий по оптимизации запланированных вращений космического аппарата и, по крайней мере, для LightSail 2, важность регулярной перекалибровки гироскопов, используемых для определения скорости вращения космического аппарата», — сказал Беттс. Space.com .
Планетарное общество делится информацией о световых парусах с НАСА и другими миссиями солнечного плавания, «которые сейчас выстраиваются в очередь, чтобы принять участие в следующих, более сложных поколениях солнечного плавания», — сказал Беттс.
Экстремальный парусный спорт
Одна из миссий, которая готовится к своему дню на солнце, — это усовершенствованная композитная система солнечных парусов НАСА, или ACS3. Это демонстрация технологии с использованием сочетания материалов для легких стрел ACS3, которые выкатываются из cubesat.
Затем идет разработка «экстремального солнечного плавания», проводимая Артуром Давояном из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и спонсируемая программой NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC).
«Мы предполагаем новое поколение прорывных научных миссий, которые раньше были невозможны, от исследования фундаментальных законов природы на окраинах нашей солнечной системы до заглядывания в далекие миры», — объяснил Давоян на брифинге NIAC о своей работе.
Изготовление и тестирование новых сверхлегких парусных «метаматериалов», способных выдерживать экстремальное излучение внешней атмосферы Солнца, или короны, является одним из элементов исследований Давояна.
В исследовании, финансируемом NIAC, были опубликованы две прорывные концепции миссии. Одним из них является межзвездный зонд Fast Transit, цель которого — отправить космический корабль на расстояние 500 астрономических единиц (AU) от Земли всего за 10 лет космического полета. (Один а.е. — это расстояние от Земли до Солнца, около 93 миллионов миль или 150 миллионов километров. Для перспективы, Нептун вращается в среднем на расстоянии около 30 а.е. от Солнца.)
Другой — Corona-Net, потенциальная миссия-предшественник, которая отправит формирование экстремальных солнечных парусов для тщательного изучения внутренней гелиосферы при высоких наклонах, вдали от солнца.
Быстрый транзит
В другом проекте, финансируемом NIAC, предлагается использовать «дифракционное солнечное плавание». Этот проект, возглавляемый Эмбер Дубилл из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд, будет использовать дифрагированный, а не отраженный солнечный свет для приведения корабля в движение. Это изменение может привести к уменьшению парусности, менее сложным схемам наведения, навигации и ориентации, а также к снижению энергопотребления, среди прочих характеристик.
Дубилл предполагает совершить кругосветное путешествие вокруг Солнца с помощью созвездия дифракционных солнечных парусов, чтобы обеспечить измерения солнечной короны и магнитных полей.
Лес Джонсон считает, что идея парусного спорта на солнечной энергии и то, что она предлагает — поставщик двигательных технологий и науки — получает все большее признание в научных и инженерных сообществах.
«Все, что требует постоянной малой тяги в течение многих лет, — это то, где солнечные паруса действительно сияют», — сказал он. «Да, каламбур задуман».
Леонард Дэвид — автор книги «Лунная лихорадка: новая космическая гонка (открывается в новой вкладке)», опубликованной National Geographic в мае 2019 года. Давний писатель для Space.com Дэвид занимается репортажами о космической отрасли уже более пяти десятилетий. Следите за нами в Twitter @Spacedotcom (открывается в новой вкладке) или на Facebook (открывается в новой вкладке).