Световые паруса

Нанокорабли на лазерной тяге лишь одна из разновидностей категории межзвездных кораблей, известной как солнечные (световые) паруса[36]. Точно так же, как парусный корабль ловит в паруса ветер и использует его силу, световые паруса используют силу давления света, источником которого может быть Солнце или лазер. Кстати, многие уравнения, используемые для расчета движения парусников, могут быть применены и к световым парусам в открытом космосе.

Свет состоит из частиц, именуемых фотонами. Сталкиваясь с каким-то объектом, фотоны оказывают на него мизерное давление. Давление света так мало, что ученые долгое время даже не подозревали о его существовании. Первым этот эффект отметил Иоганн Кеплер, когда выяснилось, что, вопреки ожиданиям, хвосты комет всегда развернуты прочь от Солнца. Великий астроном верно заключил, что эти хвосты порождаются давлением солнечного света, которое выбивает пылинки и ледяные кристаллы из комет в сторону, противоположную Солнцу.

Прозорливый Жюль Верн предсказал световые паруса в романе «С Земли на Луну». Он писал: «Не сегодня завтра появятся скорости куда более значительные, и достигнуты они будут, вероятно, при помощи света или электричества… Когда-нибудь мы будем путешествовать на Луну, планеты и звезды».

Циолковский развил концепцию светового паруса — космического корабля, использующего для разгона давление солнечного света. Но история солнечного паруса развивалась очень неравномерно. В НАСА этот проект никогда не рассматривался как приоритетный. Экспериментальные аппараты Планетарного общества «Космос-1» (2005 г.) и разработанный НАСА «НаноСэйл-Д» (NanoSail-D, 2008 г.) погибли при неудачных пусках. «НаноСэйл-Д2» в 2010 г. вышел на низкую околоземную орбиту. Единственную успешную попытку отправить солнечный парус за пределы орбиты Земли осуществили в 2010 г. японцы: их аппарат IKAROS развернул парус размером 14?14 м и двигался за счет давления солнечного света. Через полгода он достиг Венеры, доказав таким образом принципиальную возможность использования солнечных парусов.

Тем не менее, несмотря на неуверенное развитие, идея солнечного паруса не умирает. Европейское космическое агентство рассматривает возможность запуска солнечного паруса Gossamer, который должен будет вывести с орбиты часть космического мусора — тысячи искусственных объектов, которые беспорядочно носятся в околоземном пространстве.

Не так давно я брал интервью у Джеффри Лэндиса — ученого НАСА и выпускника Массачусетского технологического института, работающего не только над солнечным парусом, но и над марсианской программой. Он и его жена Мэри Турзилло пишут научно-фантастические романы и получают за них литературные премии. Я спросил, как ему удается совмещать такие разные миры — мир, который населяют скрупулезные ученые с хитроумными формулами, и другой, населенный фанатами космоса и исследователями НЛО. Он ответил, что научная фантастика тем и хороша, что позволяет ему свободно рассуждать и фантазировать о далеком будущем. Физика, сказал он, не позволяет оторваться от земли.

Специализация Лэндиса — световой парус. Он предложил для полета к альфе Центавра корабль, который представлял бы собой световой парус из сверхтонкого материала, по структуре напоминающего алмаз, размером несколько сотен километров в поперечнике. Этот гигантский корабль будет весить, скажем, 1 млн т, а ресурсы на его строительство и разгон придется собирать со всей Солнечной системы: в частности, для этого потребуется несколько лазерных батарей в окрестностях Меркурия. Чтобы корабль смог остановиться в пункте назначения, его предполагается оборудовать большим «магнитным парашютом», поле в котором генерировалось бы проволочной петлей диаметром 100 км. Атомы водорода в космическом пространстве проходили бы сквозь эту петлю и порождали трение, которое за несколько десятилетий постепенно замедлило бы световой парус. Путешествие к альфе Центавра и обратно заняло бы 200 лет, так что в экипаже сменилось бы несколько поколений. Хотя такой корабль физически реализуем, его строительство обошлось бы очень дорого, и Лэндис признал, что на его сборку и испытания могло бы уйти от 50 до 100 лет. Пока ученый участвует в проекте лазерного паруса Breakthrough Starshot.