Унесенный ветром: «Лебедь» отправят в космос на солнечном парусе
Российский наноспутник «Лебедь» может стать первым космическим аппаратом, покинувшим земную орбиту с помощью солнечного паруса. Технику будут использовать для исследовательских миссий, которые станут дешевле за счет отказа от использования тяжелых маршевых двигателей — это позволит снизить общий вес отечественного зонда. Основное отличие «Лебедя» от иностранных разработок — уникальная роторная конструкция двухлопастного паруса, позволяющая увеличить его площадь в десять раз. Летный образец спутника могут представить уже через три года, после чего последует тестовый полет.
Поймать ветер
Для того чтобы спутник смог преодолеть притяжение Земли и начать межпланетный перелет, ему необходимо разогнаться до второй космической скорости, которая составляет 11,2 км/с. Современные аппараты делают это благодаря мощным реактивным двигателям, но они обладают значительными размерами и массой, что негативно сказывается на конечной стоимости запуска. Изменить ситуацию может замена маршевых двигателей на специальный парус, способный разогнать технику за счет энергии солнечного ветра. Космический зонд с такой схемой полета сейчас разрабатывается в МГТУ им. Баумана.
— В современных спутниках уже начинают использовать паруса, которые раскрываются в космосе с помощью специального каркаса. Но такую конструкцию нельзя считать оптимальной из-за ее большой массы, — рассказал старший преподаватель МГТУ им. Баумана Александр Попов. — Поэтому на «Лебеде» будет установлен запатентованный нами двухлопастной роторный парус, для развертывания которого каркас не требуется. Благодаря этому мы рассчитываем в десять раз увеличить его площадь при том же весе конструкции.
По словам ученого, новый аппарат будет доставлен ракетой-носителем на орбиту высотой в 1 тыс. км. После чего он начнет управляемое вращение, инициируемое с помощью маневровых электротермических двигателей — резистоджетов (необходимую энергию они получат от солнечных батарей). При этом за счет центробежной силы из специальных цилиндров по обеим сторонам спутника будут выпущены два паруса с односторонним светоотражающим покрытием. Их суммарная длина составит около 320 м.
Раскачать орбиту
Для полета с нестандартным типом двигателя ученым потребовалось рассчитать новый тип траектории, движение по которой позволит зонду постепенно нарастить скорость и преодолеть земное притяжение.
— Во время последующего полета по орбите аппарат будет попеременно ориентировать паруса на солнце зеркальной стороной (в низкой области траектории) и светопоглощающей поверхностью (на больших высотах), — пояснил Александр Попов. — Необходимый для смены этих режимов переворот на 180 градусов планируется совершать с помощью эффекта Джанибекова. Устойчивость зонда будет обеспечена специальными выдвижными штангами, изменяющими его развесовку.
Эффект Джанибекова — явление переворота линейно движущегося вращающегося предмета на 180 градусов, которое наблюдается при условии неравномерного распределения масс. Впервые он был обнаружен в 1985 году на борту космической станции «Салют-7». Во время миссии советский космонавт Владимир Джанибеков заметил необъяснимое поведение откручиваемых им крепежных гаек-барашков, находящихся в свободном полете, а затем провел с ними несколько экспериментов. Впоследствии эффект был назван его именем.
В результате данных маневров высота наиболее отдаленной от Земли точки орбиты (так называемого апоцентра) будет расти параллельно с уменьшением высоты ее низшей точки (перицентра) и увеличением скорости аппарата. Такие космические качели позволят «Лебедю» преодолеть силу притяжения планеты и направиться к Луне.
Случайная комета
Исследовательский потенциал разработки оценили в Институте астрономии РАН.
— Компактные спутники с парусами, если оснастить их научными приборами, могли бы решать задачи оперативного изучения случайных космических объектов, появление которых не прогнозировалось — например, небольших комет или астероидов, — отметил заведующий отделом Солнечной системы Института астрономии РАН Валерий Шематович. — Однако есть у применения новой техники и свои ограничения. В частности, зондам подобной конструкции вряд ли удастся эффективно работать в области Солнечной системы, которая находится за Марсом, поскольку давление солнечного ветра там сильно ослабевает.
Впрочем, парус предложенной конструкции может пригодиться и для решения задач на орбите Земли.
— На мой взгляд, его возможностей должно быть достаточно, например, для эффективной буксировки другой космической техники вблизи нашей планеты, — считает директор по маркетингу компании «Спутникс» Анатолий Копик. — В частности, солнечным парусом можно было бы оснастить аппарат для удаления космического мусора.
Работа над «Лебедем» будет закончена не ранее чем через три года, после чего последует тестовый полет для отработки технических решений и методики маневрирования. При этом одной из главных задач миссии будет исследование длительного воздействия космической среды на материал паруса, который будет состоять из полимерной пленки толщиной всего около четырех микрон.
По словам разработчиков, в дальнейшем зонды данного типа могут быть использованы для доставки научной аппаратуры к другим планетам и космическим телам с целью их подробного изучения. При этом, благодаря малому весу спутника с солнечными парусами, подобные миссии должны будут стать менее затратными и более массовыми.
