Идея использовать свет в качестве двигателя кажется чем-то из научной фантастики, однако инженеры и ученые работают над ней уже несколько десятилетий. Вместо привычных двигателей и запасов топлива космический аппарат получает огромный сверхтонкий парус, который улавливает давление фотонов Солнца. Хотя отдельные частицы света практически невесомы, в космосе их постоянное воздействие способно постепенно разгонять корабль до очень высоких скоростей.
Первые реальные испытания этой технологии уже состоялись. Японский аппарат IKAROS успешно использовал солнечный парус во время полета к Венере, а миссия LightSail 2 продемонстрировала возможность управления орбитой исключительно за счет давления солнечного света. Эти проекты подтвердили работоспособность самой концепции, однако до настоящих дальних экспедиций человечество пока не дошло.
Новое исследование инженера Имперского колледжа Лондона Дебдута Сенгупты показывает, что ситуация начинает меняться. Его команда проанализировала несколько перспективных проектов, включая Solar Cruiser, студенческий проект Svarog и знаменитую концепцию Breakthrough Starshot. Результаты оказались неожиданно оптимистичными: многие необходимые технологии уже существуют или находятся на стадии активной разработки.
Наиболее реалистичным сценарием ближайших лет ученые считают миссии по изучению Солнца. Солнечные паруса позволяют удерживать космический аппарат в таких точках пространства, где использование традиционных двигателей потребовало бы огромных запасов топлива. Благодаря этому можно создать новые системы мониторинга солнечной активности, которые будут заранее предупреждать Землю о мощных вспышках и магнитных бурях.
Другим перспективным направлением считается изучение полярных областей Солнца. Сегодня подобные миссии чрезвычайно сложны из-за огромных затрат топлива, необходимых для изменения плоскости орбиты. Солнечные паруса способны решить эту проблему естественным образом, используя давление света для постепенного изменения траектории.
Однако самые амбициозные проекты связаны с путешествиями к границам Солнечной системы. Концепция Svarog предполагает использование так называемого солнечного погружения. Космический аппарат сначала максимально приблизится к Солнцу, где давление излучения особенно велико, а затем получит мощный импульс ускорения и отправится к гелиопаузе — границе, где солнечный ветер встречается с межзвездной средой.
Еще дальше идут исследования инженеров Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Они рассматривают возможность экстремального сближения с Солнцем на расстояние всего нескольких миллионов километров от его поверхности. Такое маневрирование позволит разогнать аппарат до скоростей, недостижимых для современных космических технологий.
По расчетам исследователей, подобный корабль сможет преодолевать до 50 астрономических единиц в год. Для сравнения, легендарный «Вояджер-1» движется примерно в 14 раз медленнее. В теории это позволит достичь орбиты Нептуна менее чем за год, а спустя несколько лет превзойти самые удаленные аппараты, когда-либо запущенные человечеством.
Главным препятствием остаются материалы. Во время экстремального сближения с Солнцем парус должен выдерживать температуры около тысячи градусов Цельсия, оставаясь при этом невероятно тонким и легким. Современные теплозащитные технологии пока не способны обеспечить подобное сочетание характеристик, однако лаборатории по всему миру активно работают над новыми материалами на основе нитридов кремния и титана.
Не менее сложной задачей остается создание гигантских конструкций, которые необходимо развернуть в космосе. Некоторые перспективные проекты предусматривают использование парусов площадью до 10 тысяч квадратных метров. Такие системы должны быть одновременно легкими, прочными и устойчивыми к деформациям под воздействием солнечного излучения.
Несмотря на существующие трудности, эксперты сходятся во мнении, что солнечные паруса постепенно переходят из категории экспериментальных технологий в разряд практических космических инструментов. Первые полноценные научные миссии с большими парусами могут появиться уже в ближайшее десятилетие, а спустя еще несколько лет человечество получит возможность отправлять аппараты к самым удаленным регионам Солнечной системы.
Если развитие технологий продолжится нынешними темпами, именно солнечные паруса могут стать тем решением, которое однажды позволит людям преодолеть границы собственной звездной системы и сделать первый шаг к далеким звездам.
