Ученые долго изучают возможные варианты для замены для стандартных ракетных двигателей, которые были более эффективными. Одной из альтернатив является «солнечный парус».
Солнечный парус
Солнечный парус — это оборудование с зеркальной поверхностью, которая использует солнечную энергию для полета вместо топлива.
Мысль о применении фотонного паруса появилась в начале 20 века и разработана изобретателем Фридрих Цандер. Он описал принцип работы паруса в статье «Перелеты на другие планеты». Ученый опирался на исследования П. Н. Лебедева, в которых описано давление света. Эту теорию основал Дж. Максвелл в 1873 году, но в то время она была проигнорирована.
Преимущество светового паруса заключается в продолжительном времени использовании при полете. Для реактивных и ионных двигателей необходимо топливо, которое постепенно заканчивается, в отличие от солнечных частиц.
Приспособление зависит от расстояния от Солнца, ведь скорость передвижения уменьшается при отдалении от звезды. Также давления световых частиц слишком мало для того, чтобы двигать огромные космические аппараты.
Материал для изготовления паруса
В перелетах между планетами важно учитывать вес корабля и затрачиваемое ракетное топливо. Использование фотонного паруса является эффективной заменой для двигателей, которая позволит снизить нагрузку. Материал для создания паруса легкий и обладает отличной способностью к отражению света. Для защиты от метеоритных ударов парусу вставляют дополнительные металлические части.
Для изготовления также используются композитные волокна, у которых плотность составляет не более 1 г/м3, а толщина - малое количество микрон. Наиболее подходящими материалами считаются милар и каптон: тонкие полимерные пленки, покрытые алюминиевым слоем. Развитие новейших нанотехнологий позволяет создавать новые способы изготовления солнечных парусов. Материал перфорированный и мало весит, что делает фотонный парус эффективнее.
Использование светового паруса
Первым действующим спутником с солнечным парусом является IKAROS разработанный японцами. Аппарат был запущен в космос 2010 году, где парус с диагональю 20 м. открывался на протяжении недели. Используя парус и силу солнечного ветра, конструкция начала передвижение. В итоге спутник попал в тень, где его не достигала солнечная энергия и эксперимент пришлось закрыть.
NASA отправили в космос сконструированным ими солнечный парус в 2014 году из каптона - пластика, который выдерживает перепады температуры от +400 до -273 градусов по Цельсию. Конструкция имеет рекордные размеры и является крупнейшим среди парусов, площадь его составляет 1200 м2. Парус под названием Sunjammer был нацелен на изучение эффективности использования космического аппарата для межпланетных полетов. Рассчитывалось на преодоления 3 млн. км. от Земли за счет солнечной энергии. Парус под давлением солнечного ветра держит путь на точку Лагранжа.
Ученые планируют использовать солнечные паруса для космических спутников, которые проводят наблюдение за небесными телами. Аппараты позволяют следить за событиями в космосе, в частности, в Солнце. В России разработан сообществом «Космическая регата», который принял участие в конкурсе в США по запуску кораблей с фотонными парусами. Конструкция со световыми отражателями помогает освещать места для добычи газа.
Проводятся эксперименты с солнечным парусом LightSail 2 разработанный Планетарным сообществом. В 2019 году аппарат отправлен на орбиту Земли. Площадь паруса составляет 32 м2 и его видно с планеты.
Вывод
Солнечные паруса эффективная замена для классического топлива. Исследования с аппаратурой продолжаются, что открывает новые перспективы для межпланетных полетов.
