Солнечные паруса — будущее межзвездных путешествий?

Самые старые корабли в истории человечества использовали паруса, чтобы двигаться с помощью силы ветра. Нечто подобное можно сделать и в космосе. Только роль ветра там играет солнечный свет. Портал space.com рассказал, что такое солнечные паруса и могут ли они отправить человека в межзвездное пространство.

Но с момента запуска Lightsail 2 прошло семь лет; Последний прототип космического корабля НАСА с солнечным парусом вышел из строя во время попытки развертывания. Могут ли современные технологии помочь реализовать амбициозную мечту о корабле, который отправится к границам нашей Солнечной системы?

Недавнее исследование Имперского колледжа Лондона показывает, что да, это осуществимая мечта. Инженеры рассмотрели три предложенных проекта солнечных парусов и сертифицировали их как технологически готовые к полету.

Первый проект — Breakthrough Starshot, анонсированный в 2016 году. Он наиболее широко известен и наиболее амбициозен, поскольку в нем используются не только солнечные паруса, но и легкие паруса, которые должны продвигать корабль вперед с помощью фотонов мощного 200-гигаваттного лазера. Первоначально планировалось запустить флот крошечных нанокораблей в сторону Проксимы Центавра, но работы над Breakthrough Starshot были приостановлены в конце 2025 года.

Хорошей новостью является то, что два других проекта, «Сварог» и «Solar Cruiser», являются яркими примерами того, как солнечные паруса могут использоваться в будущем.

Сварог — студенческий проект Имперского колледжа, который надеется запустить зонд с солнечным парусом к гелиопаузе; область в 14,5 миллиардов километров от Солнца, где солнечные ветры сталкиваются с межзвездной средой. Но вместо огромного лазера «Сварог» планирует использовать метод «солнечного погружения» — зонд пройдет близко к Солнцу, где излучение наиболее сильное, чтобы получить большой прирост скорости. Первое испытание технологии состоялось в конце 2024 года и оказалось частично успешным.

А Solar Cruiser — это проект НАСА, который должен был наблюдать за Солнцем из места рядом с точкой Лагранжа L1. Для удержания фиксированного положения против солнечной гравитации он будет использовать 40-метровый парус. И хотя агентство закрыло проект в 2023 году, инженеры продолжают исследовать подобные концепции.

Авторы научной работы из Имперского колледжа Лондона пришли к выводу, что даже новейшие современные технологии еще недостаточно развиты, чтобы сделать миссии на солнечных парусах реальностью. Проблема, прежде всего, в перегреве парусов под давлением солнечных фотонов и соотношении прочности и легкости мачт. Но оба момента, теоретически, можно исправить, и на самом деле миссии могут оказаться ближе к реальности, чем кажется на первый взгляд.

Давление фотонов на солнечные паруса — это уникальное преимущество, позволяющее найти очень нишевые приложения. Например, технология парусного вооружения может быть использована для создания миссии раннего предупреждения о солнечных штормах. Мини-обсерватория будет удерживаться на стабильной орбите благодаря постоянному давлению света Солнца, что позволит ей отправлять соответствующую информацию на Землю. Кроме того, метод, аналогичный солнечному погружению, теоретически позволит отправить космический корабль к полюсам Солнца, что позволит ученым изучать нашу ближайшую звезду под углом, который в противном случае был бы невозможен.

По мнению инженеров, такие миссии, как «Солнечный крейсер» и гипотетическая солнечная обсерватория, все еще осуществимы сегодня. Первый мог бы быть запущен, если бы его создатели поработали над ошибками. В основном это реактивные колеса: электродвигатели, которые помогают кораблю сохранять правильное положение. Они используются на множестве других космических кораблей, но сложная динамика солнечных парусов создает дополнительные проблемы.

Что касается «Сварога» и еще одной миссии SunVane, то их основное испытание — управление температурой. Чтобы набрать максимально возможную скорость, нужно пройти как можно ближе к Солнцу, а паруса могут легко сгореть. Они должны отражать большую часть света с одной стороны, рассеивая оставшееся тепло с другой. Причем проблема даже не в том, чтобы найти подходящие материалы, а в том, чтобы превратить эти материалы в микроскопически тонкий «холст». Но в то же время инженеры могут довольствоваться меньшим: если думать о миссии без экстремальных солнечных погружений, то можно обойтись и без конструкции сверхтермостойких парусов.

Наконец, последняя точка — масса. Паруса должны быть достаточно большими, а для этого необходимы мачты соответствующего размера. Это означает, что вес самого устройства и груза должен быть сведен к минимуму. Этот фактор ограничивает почти каждый аспект инженерной мысли, от инструментов до коммуникаций. На самом деле, некоторые эксперты вовсе не уверены, что гипотетическое микроустройство может быть оснащено достаточным количеством оборудования для полета в глубокий космос. Но ограничения для не столь далеких миссий можно будет обойти в будущем, если солнечные панели можно будет интегрировать в саму ткань паруса.