Всё о космических путешествиях за 60 минут

Эта идея основывается на таком физическом явлении, как давление света. В 1860-х годах шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл опубликовал свою теорию электричества и магнетизма. Он предположил, что свет, который является формой электромагнитного излучения, может создавать давление, подобно газу, и способен оказывать воздействие на твердые объекты. Российский физик Петр Лебедев впервые измерил давление света (экспериментальным путем) в 1899 году, определив его незначительную величину с помощью специального прибора – очень легкого стержня на тонкой нити, к которому были приклеены практически невесомые «крылышки».

Успех LightSail-2 изменит освоение космоса.

Билл Най, исполнительный директор Планетарного общества[14]

(2019)

Как это ни парадоксально, но, пожалуй, свет легче всего представить в одной из самых непостижимых областей современной науки – квантовой физике. Она описывает фундаментальные частицы материи и их взаимодействие между собой. Свет обладает довольно странным свойством, известным как корпускулярно-волновой дуализм. То, что мы традиционно рассматриваем как частицы (протоны и электроны), может также вести себя как волны, и наоборот: то, что мы обычно считаем волнами (например, свет), может вести себя как поток частиц. С этой точки зрения солнечный свет, бьющий в солнечный парус, подобен потоку частиц, каждая из которых передает крошечный импульс и толкает парус вперед.

Суммарное ускорение незначительно, но оно быстро накапливается. Парус шириной в несколько сотен метров может разогнаться до 240 000 км/ч примерно за три года. Космический аппарат с таким парусом, запущенный с Земли, сможет добраться до Плутона за пять лет. Вспомните в связи с этим «Новые горизонты» – самый быстрый космический аппарат, когда-либо улетавший с Земли, – которому, благодаря комбинации химического двигателя и гравитационных маневров, понадобилось 9,5 года, чтобы достичь своей цели.

Настоящие солнечные паруса испытывались в вакуумной камере на Земле с 2001 по 2005 год. Первый полет состоялся в 2010 году, когда японский аппарат IKAROS смог продемонстрировать жизнеспособность идеи солнечных парусов в межпланетном пространстве, достигнув Av (см. главу 2) 100 м/с за 6 месяцев. Совсем недавно ракета Falcon Heavy доставила на околоземную орбиту LightSail-2 – разработанный Планетарным обществом аппарат с солнечным парусом, деньги для которого собрали путем краудфандинга. Диспетчеры могли регулировать высоту орбиты аппарата, располагая парус по-разному относительно солнечного света.

С помощью солнечного паруса можно летать даже по направлению к Солнцу. Наша планета находится на околосолнечной орбите, и потому все, что запускается на ракетах с Земли, следует по аналогичному пути. Когда парус направлен к Солнцу, космический аппарат не получает тяги от солнечного света и, таким образом, сохраняет свою орбиту. Но наклон паруса вперед позволяет свету попасть на переднюю поверхность паруса, в результате чего аппарат замедляется и постепенно начинает вращаться по орбите. При наклоне паруса назад – в этом случае солнечный свет окажется на задней поверхности паруса – аппарат должен ускориться, увеличить высоту своей орбиты и отправиться по направлению к внешней Солнечной системе. Чтобы максимизировать тягу, получаемую от нашей звезды, солнечные паруса изготавливаются из высокоотражающих материалов, обычно – тонкой пленки из майлара или полиимида, покрытой слоем алюминия.