Космические хроники, или Почему инопланетяне до сих пор нас не нашли

В октябре 1998 года с мыса Канаверал, штат Флорида, стартовал космический корабль высотой в два с половиной метра и весом в полтонны, названный «Дип спейс-1» (Deep Space 1). За три года работы в космосе «Дип спейс-1» протестировал десяток новых технологий, в том числе систему реактивного движения с помощью ионного двигателя – такая система полезна на огромных расстояниях от стартового стола, где небольшое, но продолжительное ускорение в конце концов приводит к набору очень высокой скорости.

Ионные двигатели, в принципе, делают то же, что и обычные ракетные двигатели: ускоряют рабочий газ, называемый «пропеллентом» (в этом случае газ ионизирован) до очень высоких скоростей, а затем выпускают его через сопло. При этом сам двигатель, а соответственно и весь космический корабль, двигается в противоположном направлении. Подобный эксперимент вы можете провести и сами: встаньте на скейтборд и выпустите углекислый газ из огнетушителя, специально купленного для этого дела. Газ выйдет в одну сторону, а вы со скейтбордом будете двигаться в противоположную.

Однако ионные двигатели отличаются от обычных ракетных типом пропеллента и способом его ускорения. В «Дип спейс-1» в качестве пропеллента использовался электрически заряженный (ионизированный) ксенон, а не водородно-кислородная смесь, как в главном двигателе шаттлов. С ионизированным газом проще обращаться, чем со взрывоопасными химическими реагентами. Кроме того, ксенон – благородный газ, так что он не вызывает коррозии и вообще ни с чем химически не реагирует. В течение 16 000 часов при расходе менее 500 граммов топлива в день барабанообразный двигатель «Дип спейс-1», имевший ширину в 30 сантиметров, ускорял ионы ксенона в электрическом поле до скоростей в 40 километров в секунду и выплевывал их через сопло. Как и ожидалось, удельная тяга (в пересчете на килограмм топлива) оказалась в десять раз выше, чем у обычного ракетного двигателя.

Однако, как и на Земле, в космосе не бывает ни бесплатных завтраков, ни бесплатных запусков. У ионных двигателей «Дип спейс-1» должен был существовать источник энергии. Она требовалась для ионизации и последующего ускорения атомов ксенона. И источником этой электроэнергии было Солнце.

Для путешествий во внутренней части Солнечной системы, где свет Солнца достаточно ярок, будущие космические корабли смогут использовать солнечные панели – не впрямую для реактивного движения, а для выработки электроэнергии, которая будет нужна тому или иному реактивному двигателю. Например, у «Дип спейс-1» были складные солнечные «крылья», размер которых в развернутом виде достигал почти 12 метров – почти впятеро больше размера самого корабля. Его солнечные панели состояли из 3600 ячеек и более семи сотен цилиндрических линз, которые фокусировали солнечный свет на эти ячейки. В максимуме вырабатывалось более двух киловатт – на Земле этого хватило бы всего на один бытовой фен для сушки волос, но в космосе этого было вполне достаточно для работы ионного двигателя.

И другие, более знаменитые космические аппараты – уже сошедшая с орбиты советская космическая станция «Мир» и огромная Международная космическая станция (МКС), – тоже зависели от солнечной энергии. Летающая примерно в 400 километрах над Землей МКС несет на себе более 4000 квадратных метров солнечных панелей. В течение примерно трети своей 90-минутной орбиты МКС находится в тени Земли. Так что в светлое время часть солнечной энергии идет на зарядку батарей, которые используются при таких затмениях.

Хотя ни «Дип спейс-1», ни МКС впрямую не использовали солнечный свет для реактивного движения, это вполне возможно. Представьте себе солнечный парус, тонкий, как паутина или шелк, по форме напоминающий воздушный змей, который будет ускоряться под давлением солнечных фотонов – частичек солнечного света, постоянно отражающихся от его сверкающей поверхности. Отражаясь от паруса, эти фотоны придадут кораблю импульс. Никакого топлива. Никаких баков. Никакого выхлопа. Никакого шума. Трудно представить себе что-то более экологичное.

Предсказав геосинхронный спутник, сэр Артур Кларк предсказал и солнечный парус. Один из персонажей его рассказа «Солнечный ветер», вышедшего в 1964 году, описывает, как этот парус работает: