Новые возможности малых спутников на солнечных парусах для межпланетных полетов
В 1982 году зонд «Вояджер-2» пролетел мимо Урана ближе, чем любой другой космический аппарат, и теперь — через 46 лет после запуска — путешествует через межзвездное пространство на расстоянии около 133 а.е. (примерно 19,9 млрд км) от Земли.
Однако в последние годы было мало сопоставимых космических миссий. Стоимость является основным препятствием, но и сроки также являются важным ограничивающим фактором.
На просчет конструкции для таких дальних путешествий уходят годы, а на планирование и постройку космического аппарата уйдет около десяти лет. Учитывая время, которое потребуется спутнику для достижения удаленных целей, это означает, что наш следующая подобная миссия, скорее всего, не произойдет в ближайшее время.
Группа ученых из Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института, специалисты которой запустили «Вояджеры» еще в 1977 году, стремится вернуть космические исследования в нужное русло. Команда предлагает новое средство передвижения, которое могло бы доставить космические аппараты к границам Солнечной системы быстрее и дешевле.
В статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, ученые предложили объединить миниатюрные спутниковые устройства с солнечным парусом, что позволило бы создать быстрый, недорогой и легкий способ передвижения.
Солнечный парус — это процесс, при котором давление, создаваемое солнечным излучением, используется для движения. Последние инновации в этой технологии были продемонстрированы в ходе успешной миссии, проведенной в рамках проекта LightSail-2 .
Исследователи объясняют: «Солнечные паруса получают тягу за счет использования легких материалов с высокой отражательной способностью, которые отражают солнечный свет для приведения в движение космического корабля во время нахождения в космосе.
Постоянное давление фотонов от солнца обеспечивает тягу, устраняя необходимость в тяжелом расходуемом топливе, используемом в обычных бортовых химических и электрических двигательных установках, которые ограничивают срок службы миссии и места наблюдения.»
Ученые говорят, что паруса намного дешевле, чем тяжелое оборудование, используемое в настоящее время для движения, и что вездесущее постоянное давление солнечных фотонов делает тягу доступной для широкого спектра транспортных маневров, таких как зависание или быстрая смена плоскости орбиты.
Солнечные паруса и миниатюризация «продвинулись за последнее десятилетие до такой степени, что они могут позволить вдохновляющим и доступным миссиям лететь дальше и быстрее, вглубь внешних регионов Солнечной системы», — говорится в отчете.
Исследователи называют слияние этих двух технологий концепцией Sundiver.
Благодаря солнечному парусному двигателю, способному развивать скорость ~ 5-10 а.е./год, миссии с использованием совместных технологий могут достичь системы Юпитера за два года, а Сатурна — за три. Те же технологии могут позволить достичь солнечных полярных орбит менее чем за два года.
«Быстрые, экономичные и маневренные парусные суда, которые могут путешествовать за пределами плоскости эклиптики, открывают новые возможности для доступного исследования Солнечной системы, — говорится в отчете, — с большими перспективами для гелиофизики, планетологии и астрофизики».
Благодаря повышенной маневренности космический корабль может легко доставлять небольшие полезные нагрузки в несколько пунктов назначения, если это необходимо, и может стыковаться с соответствующими модульными кораблями.
Исследователи добавляют, что опора на солнце и миниатюризация носителя, не требующая специальной стартовой площадки, окажутся значительными средствами экономии: «Существенной причиной высоких затрат является наша [нынешняя] зависимость от медленных и дорогих химических двигателей, работающих на пределе своих возможностей, фактически делая нынешнюю парадигму исследования Солнечной системы неустойчивой. Необходим новый подход».