Группировка статитов, один из которых перехватывает межзвездный объект
Richard Linares / MIT, 2020
Инженер из MIT предложили изучать с близкого расстояния межзвездные космические объекты при помощи группировки кубсатов с солнечным парусом. Согласно концепции, статиты будут неподвижно висеть над Солнцем на солнечных парусах, а при обнаружении астероида не из Солнечной системы один из них отцепится и под действием силы тяжести пролетит мимо него. Идея получила одобрение на первой фазе конкурса Продвинутых инновационных концептов NASA.
Большинство известных комет и метеоритов вращаются по орбитам вокруг Солнца. Но в 2017 году астрономы обнаружили первое в истории наблюдений межзвездное тело — астероид Оумуамуа. Он представляет огромный интерес для науки, поскольку все непосредственно изученные тела ранее происходили из Солнечной системы. К сожалению, в случае с Оумуамуа изучение ограничилось наблюдением в телескопы по двум причинам.
Во-первых, межзвездные астероиды имеют колоссальную скорость, превышающую третью космическую. Скорость Оумуамуа была около 25 километров в секунду, что примерно на пять километров в секунду быстрее самого быстрого искусственного объекта в истории — аппарата New Horizons после гравитационного маневра у Юпитера в 2007 году.
Вторая проблема косвенно вытекает из первой. Даже с очень быстрым телом можно сблизиться, уступая ему в скорости, если вовремя рассчитать точку возможной встречи. Но из-за того, что современные космические миссии готовятся годами, астероид пройдет такую точку до практически возможного запуска. Кроме того, малый удельный импульс химических ракетных двигателей оставляет недосягаемыми обширные районы Солнечной системы, так что многие потенциальные траектории сближения невозможно реализовать, даже если узнать о межзвездном теле за десяток лет. Оумуамуа уже предлагали догнать на лазерных парусах, но, опять-таки, нехватка времени сделала идею неактуальной.
Ричард Лайнарес (Richard Linares) из Массачусетского технологического института предложил поджидать межзвездный объект группой заранее выведенных кубсатов с солнечными парусами. Кубсаты — сверхмалые космические аппараты размером в пару десятков сантиметров. За счет стандартизированной платформы и серийного производства комплектующих они обходятся на несколько порядков дешевле «обычных» спутников. Также кубсаты за счет небольших размеров выгоднее запускать — одна ракета может принять на борт десятки подобных аппаратов. Такие микроспутники используются не только для студенческих проектов: например, аппараты миссии NASA Mars Cube One в 2018 году сфотографировали Марс.
Каждый кубсат исследователь предлагает снабдить солнечным парусом. Дело в том, что свет (и вообще электромагнитное изучение) оказывает давление на поверхности. Это давление чрезвычайно мало и в районе Земли составляет примерно 0,000009 ньютонов на квадратный метр. Однако, если парус очень большой, а масса относительно невелика, то эту силу можно использовать для разгона полезной нагрузки. Стоит отметить, что на 2020 год ни один космический аппарат еще не использовал солнечный парус в качестве основного двигателя, поскольку его материал должен быть очень легок, но проводились удачные эксперименты.
Экспериментальный аппарат с солнечным парусом Lightsail-A
Planetary Society, 2015
Для пролета мимо межзвездного объекта предлагается использовать частный случай аппарата с солнечным парусом — статит. Так называют искусственный спутник, который не движется по орбите, а неподвижно зависает около небесного тела при помощи солнечного паруса в точке, где силы гравитации уравновешивают давление на парус, как если бы ветер дул в парашют снизу вверх.
Согласно концепции, группа исследовательских кубсатов должна равномерно распределиться вокруг Солнца. Поскольку им не требуется топливо, ожидать они могут неограниченно долго. При обнаружении межзвездного астероида подходящий аппарат сбросит парус по команде с Земли в расчетный момент, чтобы под действием притяжения Солнца упасть в точку встречи, откуда передаст научные данные. Чем больше статитов запущено, тем больше шансов, что объект пролетит под одним из них.
Траектории перехвата астероида, достижимые за счет небольшого запаса топлива на борту зависающего статита
Richard Linares / MIT, 2020
Если все пройдет хорошо, то ученые смогут получить изображения и спектроскопию внесолнечного объекта с близкого расстояния, вплоть до нескольких десятков километров. На данный момент идея прошла первую стадию отбора конкурса Продвинутых инновационных концептов NASA и теперь ученые должны ответить, реализуем ли этот проект на практике.
NASA регулярно инвестирует деньги в проекты, которые звучат фантастично, но могут привести к прорыву. Например, агентство профинансирует разработку ракетного двигателя, который сам набрызгивает посадочную площадку в процессе посадки, а также рассмотрит возможность создания гигантского радиотелескопа на обратной стороне Луны.
Василий Зайцев