[:ru]Солнечные паруса[:en]Solar sails[:zh]太阳帆[:]

Принцип движения в космосе под солнечным парусом основан на эффекте светового давления открытом Лебедевым. Сама же идея использовать этот эффект для космических перелётов была выдвинута Фридрихом Артуровичем Цандером.

Солнечный парус представляет собой зеркало, размещённое в космосе. Фотоны, испущенные солнцем, ударяясь о зеркало, отскакивают, словно теннисные мячики, передавая свой импульс (рис. 1). Зеркало в свою очередь передаёт это силовое воздействие космическому аппарату.

Интересно отметить, что импульс, передаваемый солнечному парусу со стороны фотонов, всегда имеет направление перпендикулярное светоотражающей поверхности.

Однако, если солнечный парус сделать из черного материала, то тяга сориентированного нормально к солнечным лучам паруса, оказывается только в два раза меньше идеально зеркального. Но интересно также и то, что тяга при этом окажется направлена не по нормали к поверхности, а всегда по направлению солнечных лучей. Технологии не стоят на месте. В этом отношении 2010 год можно назвать в какой-то мере рубежным. В июне — развертывание солнечного паруса Ikaros, созданного Японским космическим агентством и успешный полет этого космического аппарата к Венере, ноябрь — удачное развертывание паруса на аппарате Nanosail-D, созданного в центре Эймса. Но и это не все. Технологии, созданные в 2010 году могут открыть новую перспективу: в том же году А.К. Геймом и К.Н. Новоселовым получена нобелевская премия за открытие способа получения графена — материала, который, помимо прочих применений в народном хозяйстве, позволил бы улучшить основную характеристику паруса (парусность) в сотни раз по сравнению с известными передовыми технологиями. Мы лишь вступаем в эпоху парусостроения, но технологии предлагают нам новые перспективы, хотя мы и не успели еще освоить те, которые считались передовыми вчера.

Солнечный парус может использоваться для межпланетных перелётов, аналогично двигателям малой тяги. В силу своей специфики солнечный парус может использоваться как движитель космических аппаратов, работающих в околосолнечном пространстве. Солнечные паруса окажутся незаменимыми для космических аппаратов, исследующих наше светило. В условиях земной орбиты, парусу может предоставиться уникальная роль сборщика космического мусора, количество которого с каждым годом становится всё больше и приобретает угрожающие масштабы. С помощью солнечного паруса можно создать не существовавшие ранее орбиты космических аппаратов: смещённые геостационарные орбиты, статиты – космические аппараты, размещенные над полюсами Земли. Нельзя не отметить так называемый «световой» парус, движимый не давлением природного солнечного света, а давлением мощного электромагнитного, в частности лазерного, излучения. Фокусируя лазерный луч с помощью межпланетных линзовых установок, можно превратить «световой» парус в межзвездный и достичь соседних звезд за несколько десятков лет. В 1993 году, в России был проведен удачный эксперимент в космосе, который назывался «Знамя», по развертыванию крупногабаритной тонкопленочной конструкции при помощи центробежных сил, было показано новое применение солнечного паруса: создание космических отражателей и доставка солнечного света из космоса для освещения земных регионов.

Для того чтобы оседлать “солнечный луч” требуются сложные конструкторские решения и новые космические технологии. Первые практические разработки солнечного парусника были начаты в США в семидесятых годах. Позже к работе по созданию солнечных парусов подключились другие страны мира. Работа над проектами подтвердила опасения, что создание такого типа движителя является гораздо более сложной научно-технической задачей, чем это представлялось ранее. Здесь были отмечены три основные проблемы: развёртывание паруса огромной площади в рабочее положение, жесточайшее ограничение на полную массу корабля, обеспечение требуемой ориентации паруса по отношении к солнечным лучам в процессе полёта. Поэтому представляется перспективным использование для изучения и отработки подобных устройств технологических сверхмалых космических аппаратов. В настоящее время можно признать успешными эксперименты по развертыванию прототипов солнечных парусов: проект «Знамя» — Россия, 1993 г. и проект «IKAROS» — Япония, 2010 г. Создание полноценного солнечного парусника, использующего давление солнечного света для практических целей (изменения своей орбиты), остаётся делом недалёкого будущего.