Ракета на солнечной энергии может стать билетом человечества в межзвездное пространство. Идею солнечного теплового двигателя ученые вынашивают уже несколько десятилетий. Но только недавно исследователи НАСА провели успешное испытание его модели.
Не судите по обложке
Вопреки представлениям, многие великие открытия вершатся очень буднично. Вот и в этот раз дорога в межзвездное пространство начинается с черного контейнера в непримечательной лаборатории на Восточном побережье США.
В контейнере оборудован солнечный симулятор, разработанный Лабораторией прикладной физики Университета Джона Хопкинса – инструмент, который может светить с интенсивностью 20 солнц. Одна из его стенок выстлана тысячами светодиодов, по центру проходит непроницаемая металлическая решетка, а толстая черная занавеска частично закрывает аппарат. Точь-в-точь как в каком-нибудь низкобюджетном научно-фантастическом фильме.
Дорога к звездам
19 ноября 2020 года экспериментатор Джейсон Бенкоски прикрепил небольшую черную плитку с серебристым отражающим слоем на решетку и задернул темную занавеску вокруг установки, прежде чем выйти из контейнера. Затем он нажал на выключатель.
Когда имитатор солнечной энергии стал очень горячим, Бенкоски начал закачивать жидкий гелий через небольшую встроенную трубку, которая змеилась по плите. Гелий поглощал тепло от светодиодов, проходя через канал, и расширялся, пока, наконец, не вышел через небольшое сопло.
Это занятие может показаться не таким уж важным, но Бенкоски и его команда только что продемонстрировали работу солнечной тепловой тяги, ранее считавшейся теоретической. На самом деле окружающие присутствовали при рождении нового типа ракетного двигателя, работающего от солнечного тепла.
Ключ к исследованию межзвездного пространства
Эксперт по материалам Джейсон Бенкоски, авторитетный ученый из Лаборатории прикладной физики (APL) и руководитель группы, работающей над солнечной тепловой силовой установкой, выглядит довольным. Еще бы! Он причастен к действительно важному достижению в области космонавтики.
"Я уже сейчас предвижу критику. Многие скажут, что в лабораторных условиях все выглядит великолепно, но на практике мы никогда не получим теоретических значений. Возможно, но наш эксперимент доказывает, что солнечные тепловые двигатели - это не просто фантастика. Они действительно могут работать", - прокомментировал ученый результаты испытаний.
За горизонтом
За более чем полвека исследования космоса только два "древних" космических аппарата покинули Солнечную систему – "Вояджер-1" и "Вояджер-2". Хотя они предназначались для других целей, информация с их примитивных датчиков перевернула представление о строении звездных систем. Ряд старых теорий было опровергнуто, зато доказаны новые, о которых ранее даже не догадывались.
Космические зонды "Вояджеры" были отправлены в 1970 годах для исследования Юпитера и Сатурна. Достигнув газовых гигантов и выполнив миссию, они полетели дальше и дальше от Солнца. По пути заглянули к Урану и Нептуну, затем преодолели пояс Койпера, а после достигли границ нашей родной системы, попав в доселе невиданное пространство со странными физическими свойствами.
Ни один из "Вояджеров" не был оснащен необходимыми приборами для изучения границы между планетарным владением нашей звезды и остальной Вселенной. К тому же эти космические зонды медлительны. Двигаясь со скоростью около 50 000 км в час, они потратили почти полвека, чтобы убежать от Солнца. Но данные, которые они отправляют с передового края системы, дразнят пытливые умы ученых.
Жажда знаний
Неудивительно, что большая группа астрофизиков, космологов и планетологов требует специального межзвездного зонда для изучения границы Солнечной системы и межзвездного пространства за ним. В 2019 году НАСА обратилось в Лабораторию прикладной физики с просьбой разработать концепцию специальной межзвездной миссии.
Исследователи APL, работающие над программой Interstellar Probe, изучают все аспекты проекта, от сметы расходов до используемых приборов. Но самая важная часть задачи – выяснить, как попасть в межзвездное пространство за разумный промежуток времени.
Край солнечной системы, называемый гелиопаузой, находится очень далеко. К тому времени, когда космический аппарат достигает Плутона, он проходит лишь треть пути до межзвездного пространства. Специалисты исследовательской лаборатории как раз и разрабатывают зонд с увеличенной дальностью и скоростью полета. Главная цель – создать корабль, который сможет преодолеть расстояние в три раза дальше, чем край Солнечной системы, и при этом лететь вдвое быстрее, чем "Вояджеры".
Горячая штучка
Чтобы осуществить такую миссию, понадобится зонд, не похожий на другие аппараты из когда-либо построенных. Концепция солнечного теплового двигателя выглядит наиболее перспективной.
Идея состоит в том, чтобы приводить в действие ракетный двигатель не путем сжигания топлива, а солнечным теплом. Согласно расчетам Бенкоски, этот аппарат будет примерно в 3 раза эффективнее обычных химических двигателей, производимых сегодня.
В отличие от классического двигателя, устанавливаемого в кормовой части ракеты, солнечный тепловой агрегат будет интегрирован с передним щитом (обтекателем) космического корабля. Его жесткая плоская оболочка будет изготавливаться из черного пенопласта, с одной стороны покрытого белым светоотражающим материалом. Внешне он будет очень похож на тепловой экран солнечного зонда Parker. Главное отличие - извилистый трубопровод, скрытый под поверхностью аппарата.
Когда межзвездный зонд движется в свете Солнца, он выталкивает водород в сосудистую сеть своего щита. Водород расширяется и вырывается из сопла на конце трубы. Тепловой экран при этом будет создавать необходимую тягу. Так работает новый двигатель.
Это просто выглядит в теории, но невероятно сложно будет реализовать на практике. Будем надеяться, что у ученых все получится!
