Готовится к запуску первый космический аппарат с электропарусом

В нынешнем апреле Европейское космическое агентство запустит первый известный вариант электрического солнечного паруса, созданный группой специалистов под общим руководством Пекки Янхунена (Pekka Janhunen) из Финского метеорологического института.

Идея электрического паруса была разработана г-ном Янхуненом в 2006 году. Вкратце она сводится к развёртыванию вокруг ускоряемого космического аппарата (КА) не плёнки солнечного паруса, а группы длинных лёгких тросиков. Электронная пушка, питаемая парой солнечных батарей на борту зонда, должна выбрасывать пучок электронов от КА, что придаст тросам положительный заряд. Положительно заряженные тросики отталкивают ионы солнечного ветра, и это ведёт к получению аппаратом слабого импульса в противоположном направлении, значение которого напрямую зависит от силы солнечного ветра.

Микротросы соединяются между собой и аппаратом методом ультразвуковой сварки. (Здесь и ниже иллюстрации ESA.)

Апрельский вывод на орбиту первого спутника, использующего такую схему, — ESTCube-1 — будет сопровождаться развёртыванием 10 м тросов, при общих размерах спутника 10×10×11,35 см, внутреннем объёме приблизительно в 1 л и массе в 1,048 кг. Задачи у аппарата скромные: развернуть микротросы на орбите и испытать возможность ускорения и маневрирования с их помощью. Однако эстонский наноспутник послужит лишь для первой приближённой проверки концепции. В 2014 году финны намерены запустить свой КА Aalto-1, на котором будут развернуты тросы длиной в 100 м.

В чём преимущества такой схемы? Да, импульс, получаемый от ионов солнечного ветра, в среднем будет примерно в 200 раз меньше, чем воздействующий на фотонный солнечный парус сходных размеров. Однако изготавливать тросики диаметром 20–50 мкм (именно такие будут развёрнуты на ESTCube-1) значительно проще, чем плёнку, ведь тросики будут получать не только те ионы, что и так должны были пролететь через них, но и практически всё, что пройдёт через пространство между тросиками. И если удаление тросов от КА достигнет 100 м во (все стороны), то по импульсу это будет равносильно фотонному солнечному парусу в 200 раз меньшей площади — который пока никак не получается сделать таким же лёгким! В общем, ионный парус может представлять собой решето, которое изготовить значительно проще, нежели сплошную плёнку фотонного паруса.

При всей миниатюрности эстонского аппарата в случае подтверждения расчётных характеристик электропаруса пуск ESTCube-1 будет иметь большое значение.

Кроме того, управление электрическим солнечным парусом выглядит в теории довольно простым: чем меньше работает электронная пушка, тем меньше притягательность тросиков для ионов, а это означает отсутствие нужды в механических актуаторах для поворота паруса.

За счёт этого при условии малой нагрузки (исследовательские зонды) разработчики сулят нам космические полёты без топлива, но со скоростями выше 50 км/с (~10 а. е. в год) — а это, между прочим, втрое быстрее того, что показывают «Вояджеры».

Подготовлено по материалам Европейского космического агентства.