Солнечный парусник LightSail 2 готовится к полету в космос

Об этом мечтали все астрономы, от Иоганна Кеплера до Карла Сагана, и теперь космический аппарат с солнечным парусом готов к взлету. Вы знаете, какая сейчас фаза луны? Многие из нас представления не имеют, да в современном мире нам это и не нужно. Но до изобретения уличных фонарей и электрических

Об этом мечтали все астрономы, от Иоганна Кеплера до Карла Сагана, и теперь космический аппарат с солнечным парусом готов к взлету.

Вы знаете, какая сейчас фаза луны? Многие из нас представления не имеют, да в современном мире нам это и не нужно. Но до изобретения уличных фонарей и электрических ламп люди исправно наблюдали за ночным небом. И когда в 1607 году там появилась яркая комета, они были одновременно восхищены и напуганы.

Немецкий астроном Иоганн Кеплер долго размышлял над тем, что же он тогда увидел. И посчитал, что яркий хвост кометы, которую сегодня мы называем кометой Галлея (по имени английского ученого Эдмунда Галлея, рассчитавшего ее орбиту), появился благодаря тому, что тепло солнца каким-то образом испаряло или высвобождало некую материю с поверхности кометы. Кеплер мечтал изучить звездное небо. Он писал: «Предвижу корабль или паруса, приспособленные к небесным ветрам, и найдутся люди, которые не побоятся даже пустоты межпланетного пространства».

Такое предвидение объяснимо: корабли в XVI–XVII веках были чрезвычайно распространены, и плавали они за счет ветров, которые отчасти возникают благодаря солнечному излучению. Также Кеплер знал о трудах Коперника, который доказал человечеству, что Земля вращается вокруг Солнца. Потому немецкий астроном и представил, что полететь к звездам человек сможет на корабле.

В 1977 году я учился в Корнеллском университете и посещал уроки астрономии Карла Сагана. Тогда мне казалось естественной мечтой «плыть» по космосу. Саган живо описывал свое видение корабля, который мог бы плыть среди звезд, несмотря на гравитацию и механику орбит. Этот корабль бороздил бы бескрайний космический океан за счет некой силы звездного света.

Мечта, описанная нашим профессором, теперь претворяется в жизнь Планетарным обществом, крупнейшей в мире неправительственной космической организацией, которую Саган основал в 1980 году (и которой сейчас руковожу я). В июне 2015-го общество собрало средства и протестировало космический корабль LightSail 1 с технологией солнечного паруса. Пока идет работа над этой статьей, мы на мысе Канаверал готовимся к запуску второго корабля, LightSail 2: он скоро отправится в космос.

Через три века после того как Кеплер впервые написал о космическом парусе, ученые поняли, что свет – это тоже форма энергии, а сегодня нам известно, сколько энергии содержится в каждом фотоне (пусть у фотона и нет массы, а есть только импульс).

Идею светового импульса сложно продемонстрировать на живом примере. Когда вы находитесь на Солнце, вы не чувствуете, что солнечный свет вас толкает. Сила света в целом и одного фотона в частности невелика, поэтому на Земле давление солнечного света «гасится» другими силами, с которыми мы с вами постоянно сталкиваемся, например, трением и гравитацией.

А что, если бы мы смогли обуздать энергию огромного числа фотонов, и нас бы ничего не сдерживало? И такое место, где трение и гравитация не существуют, есть – космос.

Читайте также: Хокинг и Цукерберг отправят нано-ракеты к Альфа Центавра в поисках внеземной жизни

С 1920-х годов люди представляли себе космический корабль, который бы почти ничего не весил, но был бы таким большим, что давление фотонов двигало бы его в космосе так же, как молекулы газа (воздух) двигали корабли по морю.

Солнечный парусник – идея не только интересная, но и многообещающая. На орбите ему не понадобилось бы топливо. Пусть движущая парусника сила очень слаба (едва наберется 9 микроньютонов на квадратный метр солнечного паруса), в отличие от обычного ракетного двигателя, топливо у него не закончится никогда. Ведь Солнце светит круглосуточно, и энергия будет поступать постоянно.

По размеру LightSail 2 не больше буханки хлеба: 10 x 10 x 30 сантиметров, и по форме он похож на небольшой кубик – ведь нашему космическому паруснику не нужна гладкая форма для аэродинамики, так как на орбите Земли отсутствует воздух.

В небольших отделениях корабля расположены солнечные паруса. По выходу на орбиту они развернутся, образуя прямоугольник площадью 30 квадратных метров. Солнечное давление будет двигать корабль, а тем временем специалисты в наземном комплексе управления смогут передать команду его маленьким электрическим двигателям для маневра. Проходя по орбите Земли, LightSail 2 сначала полетит боком к Солнцу, затем развернется так, чтобы подставить паруса под солнечный свет, а потом, на новом витке, снова повернется боком.

Таким образом, LightSail 2 будет напоминать обычный корабль, только «плыть» ему придется в космосе, а двигать его станет солнечный свет. И построим мы его не на огромной верфи у моря, а в маленькой лаборатории на суше, в Калифорнии (хотя и там есть доступ к отличным местам для серфинга).

Мы надеемся, что LightSail 2 пришлет нам красивые «селфи» на фоне Земли. И мы уверены, что эта миссия станет прорывом в технологии космических полетов.

От миссии LightSail 2 мы ожидаем, что наш маленький корабль накопит достаточно энергии, чтобы выйти на более удаленную орбиту, и пришлет нам оттуда «селфи» на фоне Земли. И мы уверены, что эта миссия станет прорывом в технологии космических полетов, позволив снизить затраты на космические исследования. Мы против того, чтобы будущие миссии были непомерно дорогими или вовсе невозможными.

Как отмечал Кеплер, объект, находящийся на орбите, близкой к Солнцу, двигается быстрее, чем объект, который находится на дальней орбите. Это объясняется силой притяжения звезды. Если бы мы попробовали запустить спутник на орбиту, которая находится от Солнца на том же расстоянии, что и Венера, но при этом попытались бы придать ему скорость движения Земли, то нас бы ждал провал: спутник просто упал бы на Солнце. Для того чтобы оставаться на венерианской орбите, такому аппарату понадобилась бы другая постоянная внешняя сила, и солнечный парус такую силу обеспечивает.

Зачем это нужно? Например, чтобы своевременно засечь корональный выброс массы – колоссальное количество солнечной энергии в виде потока заряженных частиц, способных уничтожить всю электронику на бортах спутников, и отправить нам предупреждение. Так мы сможем до «удара» развернуть спутники от потока частиц, и наши космические корабли понесут минимальный урон.

Солнечный парус позволяет нам отправлять корабли с инфракрасными телескопами на орбиту, где они будут вращаться в унисон с планетой, чтобы сканировать черное пространство космоса и, возможно, обнаруживать отраженный свет опасного астероида, направляющегося к Земле. А еще корабль с солнечным парусом можно разместить на орбите прямо над Северным или Южным полюсом, чтобы точнее отслеживать погоду и климатические изменения.

Подумайте о мире, в котором мы живем. Электронные и бумажные книги, машины, самолеты, поезда, еда, одежда – все это доступно нам потому, что наши предки освоили мореплавание в бескрайних океанах, открыли не отмеченные на картах континенты и узнали о бесконечности космоса. Миссия Планетарного общества – продвигать науку о космосе и его исследования. Большинство из нас проживает день за днем, не задумываясь о Вселенной. Но именно космос поможет нам достичь невероятных вершин. Мы приглашаем людей со всего мира внести свой вклад в миссии LightSail – помогать спонсированию науки, посещать мероприятия Планетарного общества, подписаться на новости о запуске наших кораблей. Тем самым мы всем даем шанс стать частью будущего и помогаем людям по-новому взглянуть на космос и наше место в нем. Вперед, к звездам!

Инженер-механик Билл Най – генеральный директор Планетарного общества и приглашенный эксперт в сериале National Geographic Mars. Кроме того, он участник шоу Bill Nye Saves the World («Билл Най спасает мир») и автор бестселлера Everything All at Once («Все и сразу»). Его программа Bill Nye the Science Guy («Билл Най, ученый парень») получила премию «Эмми».