Солнечный парус

Солнечный парус на аппарате Космос 1
Sail-design-types1.png
Sail-design-types2.png
Sail-design-types3.png

Солнечный парус - устройство, использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата.

Следует различать понятия "солнечное свет" (поток фотонов, именно оно используется солнечным парусом) и "Солнечный ветер" (поток элементарных частиц и ионов).

Идея полетов в космосе с использованием солнечного паруса возникла в 1920-е годы в России и принадлежит одному из пионеров ракетостроения Фридриха Цандера, который исходил из того, что частицы солнечного света - фотоны - имеют импульс и передают его любой поверхности, освещаемой, создавая давление. Давление солнечного света впервые измерил русский физик Петр Лебедев в 1900 году.

Давление солнечного света чрезвычайно мал (на Земном орбите - около 5.10 -6 Н / м ? [1] [2]) и уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Но солнечных парус совсем не требует ракетного топлива, и может действовать в течение почти неограниченного периода времени, поэтому в некоторых случаях его использование может быть привлекательным. Эффект солнечного паруса использовался несколько раз для проведения малых коррекций орбиты космических аппаратов, в роли паруса использовались солнечные батареи или радиаторы системы терморегуляции. Но на сегодняшний день ни один из космических аппаратов не использовал солнечный парус в качестве основного двигателя.


1. Солнечный парус в проектах звездолетов

Солнечный парусник - самый перспективный и самый реалистичный на сегодня вариант звездолета. [3], [4], [5]

Преимуществом солнечного парусника является отсутствие топлива на борту. Реактивный способ движения является трудно выполнимой для межзвездных путешествий. Для реактивного полета к звездам необходимо огромное количество топлива. Это увеличивает стартовую массу звездолета и требует увеличения мощности двигателя, что в свою очередь заставляет увеличивать стартовую массу реактивного звездолета. В результате на долю полезной нагрузки почти ничего не остается.

Недостатком солнечного парусника является тот факт, что за пределами Солнечной системы давление солнечного света приближается к нулю. Поэтому существует проект разгона солнечного парусника лазерными установками по какому-либо астероида. Этот проект ставит задачу точного наведения лазеров на сверхдальних расстояниях и создания лазерных генераторов соответствующей мощности.

Уже сейчас можно построить межзвездный зонд, который будет использовать давление солнечного ветра. По оценкам специалистов он разовьет скорость до 0,15 c ( скорости света). С таким скорость до ближайшей звезды зонд долетит за 300 лет.

Существует 2 варианта солнечных парусников: на давления электромагнитных волн и на потоке частиц.


2. Космическая регата

Солнечный парус диаметром 20 метров, разработанное в НАСА
Толщина солнечного паруса

В 1989 году юбилейной комиссией Конгресса США в честь 500-летия открытия Америки был объявлен конкурс. Его идея заключалась в выведении на орбиту нескольких солнечных парусных кораблей, разработанных в разных странах, и проведении гонки под парусами к Марса. Весь путь планировалось пройти за 500 дней. Свои заявки на участие в конкурсе подали США, Канада, Великобритания, Италия, Китай, Япония и Советский Союз. Старт должен был состояться в 1992 году.

Претенденты на участие стали выбывать почти сразу, столкнувшись с рядом проблем технического и экономического плана. Распад Советского Союза, однако, не привел к прекращению работы над российским проектом, который, по мнению разработчиков, имел все шансы на победу. Но регата была отменена из-за финансовых сложностей в юбилейной комиссии (а возможно, по совокупности причин). Грандиозное шоу не состоялось. Но солнечный парус российского производства было создано (единственное из всех) совместно с НПО "Энергия" и ДКБА, и получило первую премию конкурса. [6]


3. Космические аппараты, использующие солнечный парус

Первое развертывание солнечного паруса в космосе было осуществлено на российском корабле "Прогресс" 4 февраля 1993 года в рамках проекта "Знамя".

21 мая 2010 года Японское космическое агентство (JAXA) запустило ракету-носитель H-IIA, на борту которой находились космический аппарат IKAROS с солнечным парусом и метеорологический аппарат для изучения атмосферы Венеры [7]. IKAROS был оснащен тончайшей мембраной размером 14 на 14 метров. С его помощью предлагается исследовать особенности движения аппаратов с использованием солнечного света. По словам агентства, на создание аппарата было потрачено 16 миллионов долларов. Развертывание солнечного паруса началось 3 июня 2010 года, а 10 июня успешно завершилось. По кадрам, переданным с борта IKAROS, можно сделать вывод, что все 200 квадратных метров ультратонкого полотна развернулись успешно, а тонкопленочные солнечные батареи начали вырабатывать энергию.

Сейчас в России существует консорциум "Космическая регата", [8] который провел несколько опытов с солнечными отражателями с целью освещения районов нефте-и газодобычи. Также существуют проекты выплавки зеркал на орбите с астероидов [9].


См.. также

  • Давление электромагнитного излучения

Примечания

  1. С.В. Грызлов http://kvant.mirror1.mccme.ru/1988/06/davlenie_sveta.htm Давление света - "Квант" (1988) С. 19-21.
  2. С.В. Грызлов Давление света - kvant.mirror1.mccme.ru/1988/06/davlenie_sveta.htm "Квант" (1988) С. 19-21.
  3. Роберт Л. Форвард К звездам на острые луча - go2starss.narod.ru/pub/E001_FBPPS.html
  4. Ч. Дэнфорт Под парусом в протонных ветре - go2starss.narod.ru/pub/E014_PPV.html
  5. Эрик М. Джонс Корабль Дайсона - go2starss.narod.ru/pub/E008_DSH.html
  6. Нина БАВИНА - www.hrono.ru / text / ru / bavina_kosm.html
  7. Сайт проекта "ИКАРОС" - www.jaxa.jp/countdown/f17/overview/ikaros_e.html (Англ.)
  8. Солнечные паруса и рефлекторы - www.spaceregatta.ru / ru / projects / sunlightsailreflectors
  9. Киотский протокол, глобальные проекты - космическая энергостанция - www.graton.su/kioto121.html