К Марсу под парусом

Ученые Самарского университета имени Сергея Королёва разработали систему управления космическим парусником для полёта к Марсу.

Наука и образование
Для слабовидящих
  • Очень маленький Маленький Средний Большой Огромный
  • Стандартный Helvetica Segoe Georgia Times


Звёзды обязательно станут для человечества ближе. Пусть и не сегодня, но уже в обозримом будущем. Пока ситуация такова, что самый быстрый летательный аппарат, созданный на Земле, будет двигаться до ближайшей к нам звёздной системы Центавра… порядка сорока тысячелетий. Поэтому учёные изобретают способы, позволяющие ускорить космический полёт, уложить его как минимум в рамки человеческой жизни. Скажем, пусть он длится сорок лет в одну сторону. Над решением поставленной задачи работают в Самарском национальном исследовательском университете имени Сергея Королёва. В вузе действует исследовательская группа, которую возглавляет заведующая кафедрой динамики полета и систем управления Ольга Старинова. Ключевую роль в космических полётах на дальние расстояния сыграет технология солнечных парусов – своя уникальная разработка есть и у самарских учёных.

Космический аппарат, использующий для движения давление солнечного света или лазерного луча на солнечный парус, называется космический парусник. Эта техника – отнюдь не из фантастических книг. Первым в истории межпланетным космическим парусником считается японский аппарат IKAROS, выведенный в космос в 2010 году. На аппарате был установлен солнечный парус с 80 жидкокристаллическими панелями, также был проведен пилотный эксперимент по изменению ориентации паруса на Солнце путем динамического управления отражательной способностью панелей. В течение примерно суток японским ученым удалось изменить угол наклона паруса к Солнцу почти на полградуса, что было признано успешным результатом. Для корректировки траектории полета вне эксперимента на IKAROS использовались обычные двигатели ориентации.

Самарские учёные продвинулись вперёд, разработав систему управления космическим парусником для полёта к Марсу. Пока покорение Центавра – задача слишком амбициозная, а Красная планета – и ближе, и доступнее.

Разработанная система управления позволяет менять траекторию полета аппарата без использования двигателей ориентации. В руль превращается сам солнечный парус.
Подобный способ управления не только дает возможность экономить топливо двигателей аппарата для выполнения других задач миссии, но и делает космические парусники в перспективе более энергетически независимыми и способными на дальние перелеты без оглядки на запасы топлива для двигателей - с помощью солнечного паруса в космосе можно будет не только разгоняться, но и эффективно рулить.

Программа, созданная специалистами вуза, возьмет на себя функции штурмана и матроса-рулевого. На парусе есть специальные управляющие поверхности, которые представляют собой полоски из жидкокристаллической пленки. Они размещены вдоль сторон квадратного солнечного паруса. На полоски в определенный момент полета можно воздействовать электрическим током. Благодаря этому меняются их способности: участки могут либо полностью пропускать солнечный свет или почти полностью отражать его. Меняется и сила давления света на полоски.

«В зависимости от степени прозрачности той или иной полосы свет давит на стороны паруса с разной силой. Таким образом, космический аппарат поворачивается в нужное направление. Это можно сравнить с земным парусником, у которого на время та или иная сторона паруса становилась бы дырявой и начинала пропускать ветер, поворачивая корабль без руля», - отмечают в вузе.

«С помощью попеременного включения и выключения на парусе соответствующих управляющих поверхностей появляется возможность совершать развороты, необходимые для межпланетного перелета», - рассказывает Ольга Старинова.

Ученые моделировали полеты к Марсу на аппаратах с парусами различной площади. Расчеты показали, что при квадратном плоском парусе площадью 200 квадратных метров (примерно 14 на 14 метров) и ширине управляющих полосок порядка 15-20 сантиметров парусник может долететь до орбиты Марса за 250 суток. Продолжительность полета зависит от конкретного расположения планет, минимальное расстояние между которыми составляет более 55 миллионов километров. Результаты расчетов получены для управления полетом именно к Марсу, но программный комплекс можно использовать и для миссий к другим планетам.

«Конечно же, этот комплекс создавался не для какой-то конкретной марсианской миссии, разработка прежде всего направлена на проверку самой возможности полноценного использования такого принципа управления космическими парусниками без снижения точности траектории и без увеличения времени полета - управления только с помощью паруса, без применения двигателей ориентации. И проверку эта идея прошла успешно - расчеты показывают, что космическим парусником можно вполне эффективно управлять таким способом, при этом длительность полета удается сохранить столь же минимальной, как если бы мы использовали двигатели ориентации. И это уже можно назвать успехом, ведь получается, что мы не тратим топливо на управление, на изменение траектории полета, а значит, такой космический аппарат меньше зависит от наличия на борту необходимого запаса топлива. То есть, у аппарата, оснащенного такой системой управления, больше возможностей для выполнения задач в межпланетных миссиях - ведь топливом для него служит солнечный свет», - подчеркнула Ольга Старинова.