На электропарусе к Урану?

Разработчики нового двигателя для перемещения в космосе предлагают использовать его для полёта именно к этой планете — причём за время, которое сейчас тратится для достижения впятеро более близкого Юпитера!

Вы ведь знаете, почему мы так мало отправляем аппаратов дальше марсианской орбиты? Лететь туда и долго, и дорого. «Галилео» добрался до Юпитера за шесть лет и $1,6 млрд; «Кассини-Гюйгенс» потратил 7 лет на полёт к системе Сатурна.

Даже большой аппарат с электрическим парусом, которому для раскрытия потребуется придание приличного вращательного движения, может быть несложным: его надо лишь изначально разделить на две части. (Илл. Kumpula Space Centre.)

В общем, мотивы группы учёных во главе с Пеккой Янхуненом (Pekka Janhunen) вполне понятны, ну а предлагают финны взять на вооружение новый метод для отправки автоматического зонда к интереснейшей с научной точки зрения системе Урана. Впрочем, так ли уж он нов? Скажем, мы уже писали о его применении на земной орбите. И всё-таки для действительно дальних путешествий недавно разработанный электрический солнечный парус пока не использовался. И, по мнению авторов исследования, зря.

В схеме E-sail вокруг ускоряемого космического аппарата (КА) развертывается не плёнка солнечного паруса, а группа длинных лёгких тросиков. Электронная пушка, питаемая парой размещённых на зонде солнечных батарей, 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.

При питании в 540 Вт такой парус должен придать примерно 0,5 Н ускоряемому аппарату, находящемуся в 150 млн км от Солнца. По любым меркам это не очень много, а разгоняться КА, по расчётам, будет на ~0,9 мм/с². Несмотря на прогрессирующее убывание тяги электропаруса по мере его удаления от светила, набранной скорости всё равно хватит для сравнительно быстрого путешествия. Схема же развёртывания самого паруса описывается разработчиками как простая и почти не подверженная случайным накладкам:

Сколь бы малой ни выглядела тяга, но и с ней зонд прибудет к Урану через 6 лет, разогнавшись в конце пути до 20 км/с, то есть выше третьей космической и больше, чем у самых дальних космических аппаратов, когда-либо сделанных землянами.

Помимо тягового модуля с фотоэлементами и электропарусом (150 кг), аппарат имеет модуль с небольшими химическими двигателями для корректировки орбиты и торможения рядом с Ураном (150 кг), а также атмосферный блок, который должен войти в атмосферу планеты-гиганта и провести там интересующие исследователей измерения (256 кг, всего — 556 кг). Вторая часть КА будет использоваться для усиления сигнала от атмосферного модуля, который в силу необходимости должен быть компактным, то есть не сможет нести мощные передатчики.

Преимущества электропаруса перед используемыми схемами просто режут глаза: сейчас к планетам-гигантам добираются с помощью гравиманёвров, используя тяготение внутренних планет. Эту схему ещё можно назвать «Три шага в сторону и назад и полшага вперёд», и именно поэтому на жалкие сотни миллионов километров тот же «Галилео» потратил 190 млн секунд, то есть в среднем не показал даже первой космической. Электропарус же позволит путешествовать к гигантам напрямую, со средней скоростью, превышающей вторую космическую, — при чуть ли не меньших энергозатратах, чем в сценарии с гравитационными манёврами.

Пока не очень ясно, почему финны ограничили круг задач и время работы своего аппарата и не наделили орбитальный модуль камерой наблюдения, а также не предусмотрели длительной эксплуатации зонда близ Урана. Вероятно, это связано с низкой солнечной постоянной в столь далёких от Солнца уголках системы и отсутствием у европейских стран плутония-238 (как и мощностей по его наработке), что делает длительное энергоснабжение автоматических межпланетных станций в тех местах несколько затруднительным.

Тем не менее успех такого начинания нам кажется в значительной степени предопределённым: на такой же схеме мы сможем посылать аппараты к любой планете-гиганту. Причём для объектов дальше Сатурна электропарус явно будет быстрее любого сегодняшнего метода космических путешествий, позволяя преодолеть миллиарды километров за то же время, что нынешние аппараты требуют для сотен миллионов.

Отчёт об исследовании можно полистать на сайте arXiv.

Подготовлено по материалам Technology Review.