Солнечный парус засияет звездой в память об астрономе
Преодоление межзвёздных расстояний затруднено необходимостью нести много рабочего тела. Кроме того вояжи к Плутону до тех пор пока ещё через чур долги. Действенный метод избежать тирании горючего — солнечный парус. Об этом неоднократно сказал популяризатор науки и известный астроном Карл Саган.
Увы, он не дожил до момента, в то время, когда инженеры близко подошли к реализации его грезы.
9 ноября 2009 года отмечалось 75 лет со дня рождения широко популяризатора науки и известного астронома Карла Сагана (Carl Sagan), погибшего в 1996-м. На праздничной церемонии в Вашингтоне, проходившей в одном из строений Сената (Hart Senate Office Building), соратник Сагана и давний друг Луи Фридман (Louis Friedman), директор Планетарного общества (Planetary Society), сделал официальное объявление о новом проекте собственной организации: в скором будущем она собирается запустить в космос три солнечных парусника.
Первый в данной серии аппарат — LightSail-1 — обязан стартовать в конце 2010 года. Цель его полёта: первая в мире практическая демонстрация возможности трансформации скорости параметров и космического аппарата его орбиты под действием солнечного излучения на громадный парус.
LightSail-1 над планетой. Данный миниатюрный спутник должен быть выведен на орбиту высотой более 800 километров.
Такая приличная высота выбрана, дабы исключить влияние на большой, узкий, но наряду с этим весьма лёгкий парус остатков воздуха Почвы – трансформации в скорости аппарата должны будут происходить как раз под влиянием солнечного света (иллюстрация Rick Sternbach/Planetary Society).
Это броское начинание призвано воплотить мечту Сагана, являвшегося одним из трёх основателей Планетарного общества. Двое вторых — сам Фридман, космический инженер, и Брюс Мюррей (Bruce C. Murray), планетолог, что на протяжении создания общества, в первой половине 80-ых годов двадцатого века, был главой известной Лаборатории реактивного перемещения (JPL).
Новый проект Planetary Society, взявший неспециализированное наименование LightSail, призван переломить не слишком-то радостную судьбу самой идеи солнечных парусов, много лет будоражащей умы инженеров и учёных как в Соединенных Штатах, так и в СССР (России), японии и Европе. И потому, перед тем как во всех подробностях поведать о новых аппаратах, необходимо осуществить экскурс в историю.
Летопись практического воплощения солнечных парусов направляться вести, пожалуй, с русского опыта«Знамя-2», удачно осуществлённого в рамках программы «Знамя» (Znamya). Тогда, в первой половине 90-ых годов двадцатого века, на борту корабля «Прогресс М-15», завершившего собственное нахождение на станции «Мир» и удалившегося на маленькое расстояние от станции, была развёрнута 20-метровая тонкоплёночная конструкция.
Действительно, предназначалась она не для «активного плавания под парусами», а для проверки идеи освещения ночной стороны Почвы орбитальным зеркалом. Но так как космический парус и космическое зеркало — по сути две стороны одной и той же идеи, и конструктивно такие аппараты схожи. Задача была выполнена: пятикилометровый солнечный зайчик, дававший освещённость на уровне полной Луны, пробежал по Европе.
Данный опыт, увидим, проходил под руководством консорциума Космическая регата, организации, основанной в первой половине 90-ых годов XX века рядом отечественных космических фирм, среди которых — РКК «Энергия».
Вероятные варианты формы солнечных парусов. Внизу концепция солнечного парусника NASA (иллюстрации NASA/JPL, NASA/Marshall Space Flight Center).
Следующий опыт с развёртыванием ультратонкой отражающей плёнки в космосе совершили те же участники во второй половине 90-ых годов двадцатого века: 25-метровое зеркало-парус «Знамя-2,5» было раскрыто по прошлой схеме — практически сразу после отчаливания грузовика «Прогресс М-40» от станции «Мир». Увы, опыт удался только частично — по окончании развёртывания полотнища оно зацепилось за антенну корабля и потому не смогло принять нужную конфигурацию.
В будущем «Космическая регата» создала целую серию аппаратов с космическими рефлекторами (для освещения городов ночью) и парусами (для апробации идеи путешествий по Солнечной совокупности) громадного диаметра — от 60 да 200 метров — в рамках собственной программы рефлекторы и Солнечные паруса, но по денежным обстоятельствам они не были реализованы, не смотря на то, что имеется шанс, что в последующие годы что-то из этого богатого комплекта заметит свет.
«Знамя-2», «Знамя-2,5» и иллюстрации и консорциума (перспективные проекты фотографии «Космическая регата»).
В 2004 году «знамя борьбы за мечту» подхватила Япония — она удачно развернула в космосе два первых в мире солнечных паруса. Из-за чего мы именуем их «первыми»? Легко в этом случае вся конструкция изначально была вычислена именно на работу в роли паруса.
Действительно, тест был краткосрочным, исходя из этого возможно заявить, что эти плёнки опоздали продемонстрировать себя в работе, другими словами купить реально измеримое ускорение.
Первую попытку вывести на орбиту солнечный парус, что вправду продолжительное время дрейфовал бы в лучах дневного светила, предприняло Планетарное общество в 2005 году. Увы, его аппарат «Космос-1» (Cosmos 1), выстроенный по заказу американцев в НПО имени Лавочкина, был потерян сразу после старта. Из-за неких неопознанных радиосигналов показалась надежда, что парусник всё-таки жив, но позднее выяснилось – сигналы не имели отношения к данному спутнику.
Тот, вероятнее, сходу упал в океан, как и его одноимённый предшественник — рабочий прототип «Космоса-1», что бесполезно попытались запустить по высокой суборбитальной траектории в 2001-м.
Так должен был смотреться Cosmos 1 на орбите (иллюстрация с сайта wikipedia.org).
Позднее в Соединенных Штатах и других государствах оказались различные проекты солнечных парусов, но по различным обстоятельствам они не были реализованы. Само же Планетарное общество повело разработку наследника собственного «первого космоса» — паруса называющиеся Cosmos 2, но о его предполагаемом запуске до тех пор пока ничего нельзя сказать определённо.
Но сейчас более масштабный проект данной же организации — серия из трёх аппаратов LightSail — взял спонсорскую помощь от мецената, захотевшего остаться малоизвестным. Взнос в размере $1 миллиона (плюс помощь из вторых источников) разрешил начать практическую работу над прекрасным планом.
Небольшой (9,3 квадратных метра) солнечный парус NASA NanoSail-D был потерян при неудачном запуске ракеты Falcon 1 в августе 2008 года. Частично данный парусник послужил прообразом при разработке LightSail-1 (фото NASA/MSFC/D.
Higginbotham).
Итак, солнечный парусник LightSail-1. В собственной конструкции он отталкивается от давешнего проекта NASA Nanosail. Это была мысль развёртывания «паруса» на отработавшим собственный век спутнике, подлежащем сведению с орбиты. В том плане узкая плёнка трудилась бы не как солнечный парус, а как аэродинамический тормоз громадной площади.
Но и разгоняться под действием света она также имела возможность бы — подходящими были начальные параметры и размеры полотнища орбиты.
Планетарное общество, как информирует Фридман, ратифицировало договор о сотрудничестве с исследовательским центром Эймса (Ames Research Center) в части инженерной содействия нового и проработки аппарата его запуску (носитель ещё не выбран, но это возможно широкий спектр американских или русских ракет).
Отличительная черта нового парусника — умеренная площадь при весьма малом весе всей совокупности. Целый спутник (включая парус, корпус аппарата, всю электронику с совокупностями управления ориентацией, аппаратурой связи и без того потом) обязан весить менее 4,5 килограмма. Так что LightSail-1 возможно запущен за скромные средства как сопутствующая нагрузка в рамках какой-нибудь второй миссии.
Корпус и частично электронную начинку LightSail-1 «слепят» из трёх наноспутников типа CubeSat: эта американская разработка в различных вариантах выполнения уже была проверена в космосе. Любой аппарат в данной серии воображал собой кубик со сторонами 10 сантиметров и весом менее 1 килограмма (фотографии Bjorn Pedersen/NTNU, CalPoly, wikipedia.org).
Парус нового аппарата представляет собой четыре треугольника, по окончании развёртывания составляющих квадрат со сторонами чуть больше 5,5 метра (всего 32 кв. м). Среднее отношение веса корабля к площади составит так порядка 140 граммов на квадратный метр. Благодарю материалу паруса — покрытой алюминием майларовой плёнке толщиной всего 4,6 микрометра.
Скромное значение «средней плотности аппарата» разрешит спутнику взять в окрестностях Почвы ускорение от солнечного света, равное 5,7•10-5 м/с2. А такое изменение в беге возможно будет измерить как при помощи устройств на самом паруснике (в их числе — навигатор GPS), так и при помощи наземных наблюдений. С Почвы парус будет смотреться яркой звёздочкой, а уж в телескоп его отследят без неприятностей.
Эта миссия обязана дать главную диагностику теории солнечного паруса. Соблазнительной, нужно сообщить, теории: парусник большего размера, владеющий комплектом лёгкойнаучной аппаратуры, имел возможность бы лишь за счёт света солнца разогнаться так, что достиг бы внешних окраин Нашей системы всего за пять лет. И наряду с этим он не израсходовал бы ни грамма горючего.
Именно это преимущество солнечного паруса перед ракетным принципом перемещения делает его заманчивым кандидатом на привод межзвёздной миссии.
Да, по некоторым оценкам, относительно лёгкий парусник с отражателем поперечником в километры, подстёгиваемый к тому же с Почвы замечательным лучом лазера, имел возможность бы достигнуть ближайшей звезды всего за сто лет — срок, фактически нереальный для других более-менее реализуемых современными средствами разработок. На борту для того чтобы аппарата будет лишь электроника и, по предложениям некоторых учёных, образцы ДНК людей. И однако таковой полёт осуществим.
Если не в ближайщее время, то на протяжении многих лет.
Этапы LightSail-1: стартовая конфигурация, раскрытие солнечных батарей, развёртывание паруса, финальный вид аппарата. В постройке и проектировании парусника примут участие пара компаний из америки, учёные из последовательности американских университетов и пара экспертов из Университета космических изучений РАН (иллюстрации Planetary Society).
Ну а Сейчас за LightSail-1 последуют более большие паруса LightSail-2 и -3. Второй парус (квадрат со стороной порядка 8 метров), по идее, обязан показать возможность покидания таким аппаратом пут притяжения Почвы. А третий (его поперечник будет равна около 18 метров) планируется вывести в точку Лагранжа L1, где он будет делать научную миссию — займётся мониторингом Солнца.
На борту LightSail-3 разместятся датчики, фиксирующие параметры солнечного ветра и дающие предупреждение землян о больших корональных выбросах, которые могут привести к магнитным бурям над отечественной планетой.
Потом инициаторы проекта попытаются продемонстрировать неповторимую свойство солнечного парусника — зависнуть без движений (по отношению к линии Солнце-Почва) не в точке Лагранжа, а в неравновесной точке, намного ближе к нашей родной звезде. Ни один аппарат классического типа на такое не может: это может обеспечить лишь не сильный, но постоянное упрочнение, развиваемое парусом. А ближе к Солнцу свидетельствует и более раннее предупреждение о солнечных бурях.
По словам Фридмана, это не единственное преимущество разработки. Наконец, «солнечные паруса романтично», — говорит Луи.
Добавим, что полёт первого парусника в новой серии будет не через чур продолжителен, но вот миссия LightSail-2 запланирована на месяцы, а LightSail-3 — на годы.
Основатели Планетарного общества в конце 1970-х: Саган (в бежевом пиджаке), Мюррей (сидит по правую руку от Сагана), Фридман (стоит слева). Четвёртый человек в кадре – Гарри Эшмор (Harry Ashmore), помогавший тройке учёных в организации общества (фото NASA/JPL).
Нужно подчернуть, что проект LightSail реализуется при активной помощи компании Cosmos Studios, возглавляемой Энн Дрюян (Ann Druyan).
Энн — занимательная личность. Совместно с Саганом она была начальником проекта NASA по составлению «послания инопланетянам» — дисков Voyager Golden Record с записью звуков Земли и голосов людей, фотографий природы, посланных во Вселенную на борту зондов «Вояджер».
Она являлась одним из авторов сценария и продюсером фильма «Контакт» (Contact). Дрюян известна как создатель последовательности романов, телевизионных проектов и книг (в их числе и популяризирующие науку). Наконец, как вдова Карла Сагана она есть главой и основателем фонда его имени, финансирующего последовательность изучений в области здравоохранения и науки.
Попытка запуска «Космоса-1» была одной из совместных работ Cosmos Studios и Planetary Society. LightSail — логичное продолжение этого сотрудничества. По определению Дрюян, воплощение солнечного парусника стало бы настоящим «Тадж-Махалом» для Сагана: дескать, Карл весьма обожал эту идею и вычислял её одной из самых разумных, прекрасных и перспективных космических разработок.
В пресс-релизе Планетарного общества Энн говорит: «Карл и я в один раз написали – „Мы через чур продолжительно задержались на берегах космического океана. Пришло время отправиться к звёздам“. Мы празднуем сутки рождения Карла, объявляя о первом рейсе флота, задуманного для исполнения этого мифического императива.
Я знаю, что это означало бы для него».
