Космонавтика

Новый тип (дифракционного) солнечного паруса может произвести революцию в освоении космоса

В рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) американское космическое агентство выбрало проект солнечного паруса, который может открыть дверь к новым направлениям. Инновация под названием "Дифракционный солнечный парус" может быть намного эффективнее существующих солнечных парусов. Благодаря явлению дифракции он может максимально использовать весь собранный солнечный свет. Поэтому космический корабль, оснащенный таким парусом, будет более эффективным и маневренным.

В большинстве космических аппаратов сегодня используются ракетные двигатели с ракетным топливом или ионные двигатели. Поэтому странно представить себе корабль с парусным двигателем, путешествующий по космосу. Однако двигательная сила солнечных парусов уже доказала свою эффективность. Из-за малой создаваемой тяги это устройство, очевидно, не позволяет летательному аппарату покинуть поверхность Земли, но его вполне можно использовать на летательных аппаратах, находящихся на орбите или достигших космической скорости.

Эта концепция была опробована Японским космическим агентством (JAXA), которое в 2010 году запустило свой космический аппарат IKAROS с полиимидным солнечным парусом площадью 200 м², покрытым солнечными батареями на 10% его поверхности. Демонстрация технологии была направлена на оценку характеристик этого типа силовой установки. Совсем недавно Планетарное общество — глобальная некоммерческая организация, занимающаяся исследованием космоса, — также провело испытания солнечной навигации в рамках двух проектов, LightSail 1 и LightSail 2, запущенных в 2015 и 2019 годах соответственно. Сейчас LightSail 2 продолжает свою миссию и собирает важные данные об этом способе передвижения.

Парус, который опирается на явление дифракции

Солнечные паруса работают благодаря давлению, оказываемому фотонами солнечного света (так называемое радиационное давление), когда они попадают на их поверхность. Эта сила относительно мала, но чем больше и более отражающий парус, тем больше сила (если частица отражается, а не поглощается, она передает удвоенный импульс). Изменяя наклон паруса, можно влиять на прилагаемую силу - предоставляя большую или меньшую площадь паруса свету - и таким образом управлять судном (как парусником).

Главное преимущество этого способа передвижения заключается в том, что он не требует топлива, что дает кораблю большую автономность для исследования Солнечной системы. Однако эта концепция имеет определенные ограничения: тяга максимальна только тогда, когда лучи света направлены прямо на парус. Поэтому возможности маневрирования ограничены, так как судно, оснащенное таким парусом, не может двигаться в любом направлении.

Проект Diffractive Solar Sail направлен на то, чтобы обойти этот "недостаток". Технология использует явление дифракции света. Когда световые волны сталкиваются с краями препятствия (например, щель или другое узкое отверстие в непрозрачной панели), они отклоняются от своего первоначального пути и распространяются в различных направлениях по другую сторону. Именно это и будет делать новый солнечный парус: он будет состоять из нескольких небольших решеток, встроенных в тонкие пленки, которые будут распределять полученный свет по всему парусу. Теоретически это позволит космическому кораблю более эффективно использовать солнечный свет без ущерба для маневренности.

Эта технология может позволить рассмотреть возможность миссий в места, которые особенно трудно достичь с помощью традиционных методов приведения в движение, например, орбиты вокруг полюсов Солнца. Научные приборы, размещенные на этой позиции, улучшат наше понимание Солнца, а также возможности прогнозирования космической погоды.

Важнейший проект для гелиофизической науки

"Исследование Вселенной означает, что нам нужны новые приборы, новые идеи и новые способы передвижения", — сказал в своем заявлении Джим Рейтер, помощник администратора Управления космических технологий НАСА (STMD). Именно поэтому NASA без колебаний инвестирует в самые креативные и перспективные проекты. "Наша цель - изменить возможное, и дифракционный солнечный парус обещает сделать это для ряда новых захватывающих применений в миссиях", — добавил Майк Лапойнт, исполняющий обязанности руководителя программы NIAC.

Теперь, когда дифракционный солнечный парус был выбран в качестве части программы NIAC Phase III, проектная группа под руководством Эмбер Дубилл из Лаборатории прикладной физики при Университете Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд, получила финансирование в размере 2 миллионов долларов на два года для дальнейшего развития своей технологии.

Парус должен быть одновременно прочным и легким. Благодаря явлению дифракции он может быть меньше, чем солнечные паруса, испытанные до сих пор. Дубилл и его коллеги уже разработали, создали и испытали различные типы материалов для дифракционных парусов, и новое финансирование позволит им еще больше оптимизировать материал. Также планируется провести несколько наземных испытаний в рамках подготовки к будущим полетам.

Команда уверена, что ее дифракционный парус обеспечит беспрецедентные возможности наблюдения за Солнцем, и планирует разместить вокруг Солнца созвездие дифракционных солнечных парусов для сбора изображений и других данных. "Благодаря совместному опыту нашей команды в области оптики, аэрокосмической промышленности, традиционных солнечных парусов и метаматериалов, мы надеемся, что сможем позволить ученым изучать Солнце как никогда раньше", — сказал руководитель проекта.

Подписывайтесь на нас
Back to top button