Космическите платноходи са на хоризонта

Преди две години и половина малък космически кораб беше изстрелян на борда на ракета Space X от Космическия център Кенеди във Флорида. Установявайки се в орбита на 660 км. над Земята, обектът с размер на кутия за обувки – наречен LightSail 2, проектиран от базираното в Калифорния Planetary Society и масово финансиран от 40 000 частни донори, за 7 милиона долара – разгъна фолиево платно, тънко като човешки косъм и с размери 6 на 6 метра.

Подобно на много научни спътници, LightSail 2 носи набор от камери и радиоинструменти, захранвани от слънчеви панели. Но целта на тази мисия е платното, което е специално проектирано да бъде чувствително към светлина. Когато фотоните от слънцето ударят платното, те избутват LightSail 2 напред с достатъчно сила, за да противодействат на гравитацията на Земята и да поддържат кораба в стабилна орбита.

„LightSail 2 е първият малък космически кораб, който демонстрира контролирано слънчево плаване“, посочва Планетарното общество на своя уебсайт. Този експериментален метод за космическо задвижване е на път да стане масов и може много добре да промени бъдещето на космическите пътувания.

Три мисии на НАСА – едната ще стартира следващия месец, другата по-късно тази година и третата около 2025 г. – ще използват по-мащабни слънчеви платна (наричани още леки платна) за ефективно задвижване на космически кораби през Слънчевата система благодарение на слънчевата светлина. И някои учени се надяват, че слънчеви платна някой ден ще задвижват сондите извън Слънчевата система.

„За мисии, насочени към близки дестинации на няколко милиона километра, като астероиди, близки до Земята, слънчевите платна имат ключово предимство пред химическите двигатели, които използват повечето космически кораби днес“, казва Джули Кастило-Рогез, главен изследовател на мисията на НАСА за близки до Земята астероиди.

„Едно от тях е, че [слънчево платно] може да достигне много големи скорости от постоянния натиска на слънчеви фотони за дълги периоди от време“, казва Кастило-Рогез. „В същото време платното може да се контролира, така че скоростта му да съответства на скоростта на целта и по този начин да позволява удължено време за наблюдение.

Слънчевите платна могат да бъдат още по-критични за мисиите до по-далечни дестинации, подобно на други звездни системи. „Ако не искате пътуването ви да отнеме десетки хиляди години, трябва да преминете със значителна част от скоростта на светлината“, каза Елиът Гилъм, учен от института SETI в Калифорния.

„Но това е невъзможно да се направи, когато носите на борда тежко течно гориво, което е необходимо за космически кораби с химическо задвижване, но също така е мъртво тегло, докато не го изгорите. Номерът „е да не носите горивото със себе си“, казва Гилъм. „Тази задача решават леките платна.”

Като концепция слънчевите платна съществуват от дълго време – всъщност от векове. Още през далечната 1608 г. астрономът Йоханес Кеплер предполага, че космически кораб може да пътува по „райския бриз“, въпреки че не е знаел, че този „бриз ще приеме формата на фотони“. През 1873 г. математикът Джеймс Клерк Максуел предсказва, че светлината има инерция, въпреки че няма маса. Този импулс е ключов. Когато светлината освети нещо, в същото време тя го избутва. Разпръснете лек обект върху голяма площ и тази сила всъщност може да задвижи обекта. Писателят на научна фантастика Артър К. Кларк представя плавателен съд със слънчево платно в разказа от 1964 г. „Sunjammer“. Астрономът Карл Сейгън направи концепцията още по-известна като спомена за този начин на придвижване в The Tonight Show през 1976 г.

Тридесет и четири години по-късно, Японската космическа агенция изстреля първия по рода си космически кораб със слънчево платно: сондата Венера, наречена Икарус, снабдена с грубо, неуправляемо платно 14 на 14 метра. Икарус прелетя покрай Венера в края на 2010 г. и изчезна извън радиообхвата пет години по-късно.

Космическите кораби със слънчеви платна се подобряват след Икарус. Дизайнерите на LightSail 2 се надяваха, че мисията им ще продължи една година в орбита. Близо 940 дни по-късно той все още е силен, задвижван от последните вълни от повишен слънчев вятър, като прави снимки на Земята и през цялото време допълнително подсилва доказателството за концепцията за слънчевото платно.

Материалите с които разполагаме днес, правят това възможно. Днешните слънчеви платна са направени от Mylar или изолационен материал, наречен CP-1. И двете материи са здрави и гъвкави, с дебелина само няколко микрона (хилядни от сантиметъра).

Алуминиевото покритие прави платната по-отразителни, увеличавайки силата на фотоните, които ги удрят. В резултат на това LightSail 2 все още трябва да витае в космоса на стотици километра над нас, когато следващата слънчева мисия стартира още през следващия месец.

Тази мисия, наречена NEA Scout на Castillo-Rogez, има за цел да настигне и проучи астероид с диаметър малко над 17 метра, наречен 2020 GE, който е на път да премине в рамките на няколко милиона км от Земята през 2023 г. Мисията е предназначена да проправи начин за по-амбициозни проучвания на космическите скали през следващите години и десетилетия. NEA Scout има слънчево платно с размери два пъти по-големи от платното на LightSail 2.

Advanced Composite Solar Sail System, следващата мисия на НАСА със слънчево платно след NEA Scout, има платно, което е малко по-малко, но част от много по-лека рамка – такава, която трябва да го направи още по-ефективно.

Уроците, извлечени от трите мисии, могат да се обединят през 2025 г. с най-голямата предстояща демонстрация на слънчево платно: Solar Cruiser на НАСА, който може да се похвали с най-голямото платно досега на 5392 квадратни метра.

Но ако потенциалът на слънчевите платна за космически пътувания е огромен, огромни са и шансовете нещата да се объркат, особено като се има предвид колко деликатни са тези платна.

„Части от мембраната на платното може да се слепят, когато се разгънат, причинявайки малко разкъсване“, казва Лес Джонсън, друг изследовател на NEA Scout.

„Една от металните стрели може да се закопчае, заклещи… което ще повлияе на формата на платното и оттам на неговата производителност и контрол.“ Освен това „инерцията, предизвикана в платното от постоянното излагане на натиск от слънчева светлина, може да бъде по-трудна за контролиране от очакваното“.

Ако всичко върви по план, само за шест години ще преминем от слънчеви платна с размер на чаршаф до такива с размер на няколко тенис корта. Тенденцията в този момент трябва да е ясна: нашите слънчеви платна стават все по-големи, като същевременно стават по-леки на квадратен метър.

Но по-голямото не винаги е по-добро, особено за мисии на изключително дълги разстояния. За да изследваме отвъд Слънчевата система, може да е по-полезно да изградим флотилия от суперефективни плавателни съдове със слънчеви платна и да ги нацелим с лазер. Корабът и платната да бъдат малки, но пък лазерът би бил огромен.

Много интересен е планът зад проекта Starshot, ръководен от физика от Калифорнийския университет в Санта Барбара, Филип Лубин и финансиран в размер на 100 милиона долара от Breakthrough Initiatives (организация, основана от Марк Зукърбърг, руско-израелския предприемач Юрий Милнър и покойния Стивън Хокинг за търсене на извънземни цивилизации). Ако някога се реализира, Starshot ще се опита да изстреля флотилия от сонди със слънчеви платна до най-близката съседна звездна система, използвайки масив от лазери с гигаватово захранване, изстреляни от повърхността на Земята.

Да наречем подобно предложение амбициозно е подценяване. Предполага се, че малките сонди Starshot тежат само грам всяка и ще разгърнат собствените си платна с размери 3.6 на 3.6 метра. Лазерите ще се насочат към платната, като ги удрят с фотони върху фотони и непрекъснато нарастват инерцията, докато сондите се движат със скорост до 20 процента от скоростта на светлината. Това е достатъчно бързо, за да достигне Проксима Кентавър b, планета с размерите на Земята, за която учените смятат, че може да бъде гостоприемна за живот, за около 30 години.

Нито технологията за слънчево платно, нито лазерната технология са напълно готови за такава мисия. Що се отнася до платното, „трябва да го направим още по-леко“, казва Любин. А лазерите, макар и осъществими, могат да струват милиарди долари.

Може да има по-лесни, по-евтини начини за търсене на извънземен живот, но може да няма по-лесни, по-евтини начини за изпращане на космически кораб наистина, много далеч, много, много бързо. Но това може да се промени с времето, тъй като слънчевите платна се превръщат в по-бърз и по-рентабилен начин за преминаване през космоса.

Ако ефективността и контролът са целите, рано или късно ще изхвърлим горивото и ще закачим платно, точно както Кеплер си го е представял преди 414 години.

Така и така си тук …

… искаме да те помолим за услуга. Ние сме малка независима редакция, което значи, че сами си решаваме какво да правим и за какво да пишем. Нямаме абсолютно никакви зависимости към рекламодатели, собствениците ни не са милионери, нямаме никакви взаимоотношения с политици или пък бизнесмени. Никой не редактира редактора. Никой не „насочва“ мнението ни. Затова ти можеш да ни подкрепиш. Ако ни четеш редовно и смяташ, че статиите, които качваме са полезни, интересни или забавни, може да натиснеш бутона по – долу и да дариш сума по свое усмотрение.