Уже этой осенью в МГТУ им. Баумана соберут и подготовят к старту солнечный парус, который унесет и поставит на нужное место на околоземной орбите два спутника — миссию «Ярило». О том, как устроены солнечные паруса, и о тонкостях парусной навигации в космосе нам рассказал инженер космических аппаратов, участник проекта «Ярило» Николай Неровный.
Солнечные паруса во многом похожи на корабельные. Вместо ветра они используют давление солнечного света на зеркальную поверхность, но и те и другие позволяют двигаться вперед без затрат энергии и легко маневрировать. И недостатки у солнечных парусов те же: малая грузоподъемность и ускорение. Но если на море паруса давно уступили место двигателям, то в космосе их, похоже, ждет большое будущее. Есть расчеты, согласно которым парусный космический корабль — это очень удобное средство для путешествий к астероидам и обратно — например, с грузом добытой там руды.
Убрать мачты
В отличие от корабельных, солнечные паруса запросто обходятся без такелажа. Существуют варианты каркасных солнечных парусов, но, по словам Николая, проблем с ними больше, чем с бескаркасными — гелиороторными, которые удерживает в расправленном состоянии не мачта и реи, а центробежная сила. Миссия «Ярило» поднимет как раз такой роторный парус — всего две лопасти, в неактивном состоянии намотанные на катушку, в расправленном — распростертые и кружащиеся. Отсутствие направляющих позволяет предельно облегчить парус. Всю его массу составляет тонкая (12 микрон) полоска полиимидной пленки с алюминиевым напылением — той же, из которой шьют «одеяла» для теплоизоляции в открытом космосе. Чем меньше удельная масса, тем большую тягу может создать парус и тем больше груза может унести.
Космическое такси
Задача парусов миссии «Ярило» — доставить оба спутника на свои точки орбиты, рассчитанные так, чтобы спутники попеременно оказывались в тени Земли и наблюдали за звездой непрерывно. Оба спутника будут лететь в одном пусковом контейнере и разойдутся, только покинув его: для этого один из парусов раскроется немного раньше и затормозит спутник, пока второй будет двигаться по изначальной орбите.
«Сегодня для разведения спутников используют похожий способ — с помощью точно рассчитанного поворота солнечных батарей. Но такой способ занимает месяцы, а наша команда собирается вывести «Ярило» на расчетные точки в течение нескольких недель», — объясняет Николай.
О том, что зеркальные пленки можно использовать для навигации в открытом космосе, догадались еще в 1920-е годы, но вплоть до 1990-х уровень развития технологий не позволял создать компактные устройства управления, да и материалов, подходящих для солнечных парусов, не существовало. Все изменилось, когда появились кубсаты — маленькие и легкие спутники — и прочные полимеры, способные выдержать космические перепады температур и радиацию.
"Ярило" не станет первой миссией на солнечном парусе: до нее успешно развернулись американские аппараты LightSail-1, LightSail-2, NanoSail-D2 и гигантский японский солнечный парус IKAROS (196 м2). Удачных примеров могло быть и больше, но солнечные паруса часто гибли вместе с ракетами-носителями: в 2005 году Cosmos 1 сгорел вместе с ракетой, выпущенной с подводной лодки «Борисоглебск», а через три года NanoSail-D постигла та же судьба во время неудачного запуска Falcon 1.
Первая работа
Ни один из ранее запущенных космических аппаратов на солнечном парусе не был предназначен для реальной работы в космосе: все они запускались ради проверки и демонстрации возможностей солнечных парусов. Если все пройдет хорошо, «Ярило» станет первым рабочим парусом: его полезная нагрузка — портативные спектрофотометры — будут измерять солнечное излучение, а собранные ими данные позволят ученым предсказывать капризы солнечной погоды, подчас губительные для космической техники и систем связи. Но скорее всего «Ярило» не останется белеть одиноким парусом: японцы планируют запустить парусную миссию OKEANOS к троянским астероидам Юпитера, NASA разрабатывает миссию из 13 кубсатов, которые должны полететь к околоземным астероидам; один из них будет лететь под солнечным парусом. Подобные разработки ведет и Германский центр авиации и космонавтики (DLR).
