Где вы можете путешествовать в космосе, зависит от того, сколько топлива у вас есть на борту ракеты и насколько эффективно вы можете его использовать. Вам просто нужно поймать их.
И прямо сейчас новый космический корабль LightSail 2 Планетарного общества проверяет, насколько хорошо он будет работать.
Солнечные паруса - это гениальная идея, о которой Иоганнес Кеплер впервые придумал еще в 1600-х годах, когда представлял, что паруса и корабли можно приспособить для космических путешествий. Конечно, он еще не до конца понимал физику.
Но благодаря крупным открытиям в физике элементарных частиц и квантовой механике в начале 20-го века ученые поняли, что сам свет может действовать как ветер, который дует в космос.
Хотя фотоны не имеют массы, они могут придать импульс, когда они отражаются от высоко отражающей поверхности - это легкий парус. Это не очень много, но в космическом вакууме нет никакого сопротивления воздуха, чтобы замедлить парус. При достаточном количестве фотонов и достаточном времени легкий парус может разогнаться до невероятно высоких скоростей.
Используя химическую ракету, вы можете преобразовать всю массу наблюдаемой Вселенной в ракетное топливо, и вы не получите маленький космический корабль, который будет двигаться со скоростью света, превышающей 0,2%. Но легкий парус теоретически может привести вас к релятивистским скоростям, путешествующим от звезды к звезде в течение жизни человека.
Поскольку неограниченное количество свободного топлива исходит от Солнца и возможны огромные скорости, почему нет повсюду солнечных парусов?
Хороший вопрос.
Это вопрос, которым Планетарное общество уже давно занимается, и они наконец-то запустили настоящий солнечный парус, чтобы попытаться выяснить, насколько хорошо они на самом деле работают.
Еще в 2005 году они попытались запустить первый в мире солнечный парус "Космос-1", но отказ ракеты разрушил его. Затем они вернулись к работе, разрабатывая LightSail 1, который был запущен в 2015 году, и успешно протестировали развертывание своих солнечных парусов в космосе.
И, наконец, в 2019 году Планетарное общество было готово к тому, чтобы попробовать полетать в космосе.
25 июня 2019 года с мыса Канаверал во Флориде стартовал SpaceX Falcon Heavy с 24 космическими кораблями для миссии ВВС США STP-2. Это был третий раз, когда Falcon Heavy был запущен, и мы все надеялись, что он успешно достигнет своей средней стадии. Не так много, это все еще в списке дел. Но не об этом видео.
Так или иначе, в дополнение к таинственным спутникам ВВС, Falcon Heavy перевозил LightSail 2 Планетарного общества на борту своего корабля-носителя Prox-1, который он выпустил на высоте 720 километров.
Затем 23 июля 2019 года космический корабль развернул свой солнечный парус.
Он открыл свои навесные солнечные батареи, а затем развернул четыре парусных стрелы, похожие на рулетку, развернул 4 треугольных паруса и развернул 32 квадратных метра площади паруса.
Важно отметить, что этот космический корабль крошечный, весом всего 5 кг или 11 фунтов, размером с буханку хлеба.
Когда он вращается вокруг Земли, космический корабль поднимает свои паруса в солнечный свет и выходит из него, причем каждый период поднимает свою орбиту на несколько сотен метров в день.
Это звучит замечательно, к сожалению, LightSail 2 не имеет систем управления на борту, чтобы достаточно тщательно контролировать его угол, чтобы оставаться на орбите бесконечно.
Хотя он поднимает свою орбиту на одной стороне Земли на несколько сотен метров в день, он не может достаточно точно наклонить паруса, чтобы предотвратить снижение своей орбиты на другой стороне планеты. В конце концов он погрузится в атмосферу Земли и сгорит.
Но, надеюсь, инженеры Планетарного общества наконец узнают, насколько практичным может быть солнечный парус для исследования космоса.
Он все еще находится на орбите и отправляет обратно потрясающие фотографии нашей родной планеты.
Благодаря тому, что планетарное общество LightSail 2 отправляет домашние данные, обучая диспетчеров миссий плаванию в космосе, они станут ценными уроками для будущих миссий, которые могут использовать эту технологию в качестве фактического метода приведения в движение.
Одна из миссий в работе - это разведчик околоземных астероидов НАСА, или разведчик NEA. Эта миссия Cubesat может летать как дополнительная полезная нагрузка с первым испытанием космической стартовой системы НАСА, миссией EM-1 без экипажа, которая может начаться уже в июне 2020 года.
После развертывания из капсулы Orion, NEA Scout развернул свои солнечные паруса, вдвое больше LightSail 2, а затем провел два года, путешествуя к околоземному астероиду, чтобы изучить его вблизи.
Мы еще не знаем цель, но потенциальным пунктом назначения может быть околоземный объект 1991 г. VG, который был обнаружен в 1991 г. незадолго до того, как он прошел расстояние от Земли до Луны. А потом это вернулось в августе 2017 года. Мы хотим следить за этой скалой как за потенциальной угрозой, так и за сокровищницей металлов и минералов, которые могут помочь в дальнейшем исследовании Солнечной системы.
Другая миссия, которая могла бы использовать солнечный парус, - это японский воздушный змей для разведки и астронавтики во внешней солнечной системе или OKEANOS. Это будет миссия на троянских астероидах, которые расположены в точках Лагранжа Солнца-Юпитера L4 и L5.
Это идеальное место для изучения астероидов, потому что Юпитер и гравитация Солнца захватили большое количество в одном месте, и миссия может легко собрать много разных астероидов.
У OKEANOS будет гибридный солнечный парус, покрытый солнечными панелями, который он также будет использовать для обеспечения электричеством своих приборов и ионного двигателя.
Япония была одной из первых стран, когда-либо испытавших солнечный парус, с их миссией IKAROS, которая была развернута в 2010 году, и в конечном итоге набрала скорость в сотни метров в секунду, используя солнечный парус.
ОКЕАНОС может даже прийти с посадочным аппаратом. Благодаря своему опыту работы с Hayabusa2 и астероидом Ryugu, JAXA узнал огромное количество о приземлении и сборе образцов из крошечных астероидов.
Если все пойдет хорошо, OKEANOS запустит в середине 2020-х годов на борту ракеты-носителя H-IIA, используя несколько гравитационных помощников, чтобы отправиться в путешествие на Юпитер. И если миссия действительно успешна, она может даже принести образец троянского астероида домой.
НАСА даже рассматривает возможность добавления солнечного паруса в лунные ворота в дальний космос. На специальном мероприятии по планированию Deep Space Gateway в 2017 году члены Канадского космического агентства представили концепцию солнечного паруса, который можно добавить на станцию. Постоянный свет от Солнца обеспечит постоянную тягу, которую станция сможет использовать для поддержания своей орбиты без движения. Удерживаемый на канадском манипуляторе - что еще - солнечный парус на 50 квадратных метров может сэкономить станции 9 кг гидразина в год, что дорого переносить с Земли на Луну.
Одна из миссий, с которой вы, вероятно, знакомы, - это концепция Breakthrough Starshot Вместо использования света от Солнца в качестве движущей силы, прорыв Звездный выстрел надеется использовать мощные лазеры, которые ускорят крошечные спутники до межзвездных скоростей.
Это могут быть первые космические корабли, которые когда-либо посылали домой изображения с другой звездной системы. Мы выполнили целый эпизод этой и другой тяжелой лазерной парусной миссии под названием Project Dragonfly.
К сожалению, космическим агентствам потребовалось больше времени, чтобы включить солнечные паруса в свои миссии, чем я надеялся. Это понятно, они сложные и хрупкие и требуют точной ориентации. Имеет смысл, что планировщики миссий будут использовать проверенные химические ракеты или эффективные ионные двигатели для продвижения своих космических кораблей по Солнечной системе.
Но по мере того, как все больше и больше солнечных парусов будет запущено и испытано, инженеры станут более уверенными в том, как наилучшим образом использовать их как часть миссии. Я могу представить себе будущее, когда почти у каждой миссии есть запасной солнечный парус на борту, на случай, если что-то пойдет не так с главным двигателем.
Я всегда был очарован возможностью солнечного плавания, и я наблюдал за каждым открытием и шагал вперед с волнением. Я действительно рад, что Планетарное общество проделало это далеко со своими испытаниями. Они выполнили всю миссию за 7 миллионов долларов, профинансированные членами Планетарного общества, частными лицами и кампанией Kickstart. Если вы хотите поддержать эту и будущие миссии по исследованию Солнечной системы, зайдите на planetary.org, чтобы узнать больше.
