Солнечные парусники
        Великие географические открытия были совершены во времена расцвета парусного флота. Это немудрено – при всех достоинствах тепловых двигателей (паровых машин и турбин, дизелей и прочих ДВС), парусный флот имел неоспоримое преимущество – не нуждался в топливе – энергию поставлял природный, пусть и не всегда стабильный, и порой даже опасный процесс – ветер. Неудивительно, что и в эпоху гелиографических открытий появляется тяга к парусам. Предположение о существовании давления солнечного света впервые высказал Иоганн Кеплер, наблюдая отклонение от Солнца хвоста кометы. П.Н. Лебедев первым обнаружил и измерил эту силу в 1900 году. Идея полётов в космосе с использованием солнечного паруса также появилась в России (в 1920) – она принадлежит одному из пионеров ракетостроения Фридриху Цандеру.
        Первый опыт создания солнечного паруса был предпринят в 1993 г. в отечественном эксперименте «Знамя-2». Большая 20-метровая тонкоплёночная конструкция была развёрнута за счёт центробежных сил на борту грузового космического корабля «Прогресс М-15». Это была не только проверка возможностей создания солнечного паруса, но и эксперимент по созданию «космического зеркала» для освещения Земли из космоса. Световое пятно, отражённое рефлектором, диаметром около 5 километров скользило по Земле со скоростью около 8 км/сек от районов южной Франции через Чехословакию, Германию, Польшу. На втором витке гигантский солнечный зайчик также наблюдался над Канадой.
        Первая попытка начать космическую регату была предпринята в 1989 г., когда юбилейной комиссией Конгресса США в честь пятисотлетия открытия Америки был объявлен конкурс. Его идея заключалась в выведении на орбиту нескольких солнечных парусных кораблей, разработанных в разных странах, и проведении гонки под парусами к Марсу. Весь путь планировалось пройти за 500 дней. Свои заявки на участие в конкурсе подали США, Канада, Великобритания, Италия, Китай, Япония и Советский Союз. Старт должен был состояться в 1992 году. Но регата была отменена из-за распада Советского Союза и финансовых трудностей у юбилейной комиссии. С того времени появилось немало более или менее жизнеспособных конструкций солнечных парусов:
        В 2004 году лидером в практическом воплощении работ по созданию космических аппаратов с солнечным парусом становится Япония – она успешно развернула в космосе два прототипа солнечных паруса. Тест, однако, был кратковременным, поэтому паруса не успели показать себя в работе, т.е. приобрести измеримое ускорение. Теперь же главная цель японских инженеров – демонстрация маневрирования и значительных изменений орбиты при помощи солнечного паруса в ходе его полёта к Венере.
        Парус IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation of the Sun, межпланетный парусный аппарат, движущийся за счёт солнечного излучения) представляет собой квадрат со сторонами чуть больше 14 метров. Создан он из полиамидной плёнки. В нескольких местах к этой мембране добавлены ультратонкие солнечные батареи. Они питают различные приборы парусника, в т.ч. сенсоры – счётчики ударов космической пыли. IKAROS – это первый солнечный парусник, который выйдет за пределы околоземной орбиты. Он же – первый, в котором космический парус – движитель использован в качестве солнечной батареи.
        Однако, все эти проекты – реликты начала прошлого века, когда никто толком не представлял, что, кроме электромагнитных волн различной длины, пространство Солнечной системы заполнено солнечным ветром. Солнечный ветер – поток ионизированных частиц (в основном водородно-гелиевой плазмы), истекающий из солнечной короны со скоростью 300 – 1200 км/с в окружающий космос. Солнечный ветер является одним из основных компонентов межпланетной среды. Не следует путать понятия «солнечный ветер» – поток ионизированных частиц, долетающий от Солнца до Земли за 2 – 3 суток и «солнечный свет» – поток фотонов, долетающий от Солнца до Земли в среднем за 8 минут 17 секунд. Предположение о существовании постоянного потока частиц, летящих от Солнца, впервые было высказано Ричардом Кэррингтоном ещё в 1859 году, когда Кэррингтон и Ричард Ходжсон независимо наблюдали то, что впоследствии было названо солнечной вспышкой. На следующий день произошла геомагнитная буря, и Кэррингтон предположил связь между этими явлениями. Джордж Фитцджеральд допустил, что выброс ускоряется Солнцем и за несколько дней достигает Земли. Многолетние наблюдения на орбите Земли (150 млн км от Солнца) показали, что солнечный ветер структурирован и обычно делится на спокойный и возмущённый (спорадический и рекуррентный).
Параметры солнечного ветра
Параметр 
Среднее 
МСВ 
БСВ
Концентрация n, м-3 8,8·106 11,9·106 3,9·106
Скорость V, м/с  4,68·105 3,27·105 7,02·105
        Спокойные потоки делятся на два класса: медленные (МСВ, примерно 300 – 500 км/с около орбиты Земли) и быстрые (БСВ, 500 – 800 км/с около орбиты Земли). Медленный солнечный ветер порождается «спокойной» частью солнечной короны (областью корональных стримеров) при её газодинамическом расширении: при температуре короны около 2·106 К корона не может находиться в условиях гидростатического равновесия, это расширение при имеющихся граничных условиях должно приводить к разгону коронального вещества до сверхзвуковых скоростей.
        Потоки рекуррентного быстрого солнечного ветра испускаются Солнцем в течение нескольких месяцев и имеют период повторяемости при наблюдениях с Земли в 27 суток (период вращения Солнца). Эти потоки ассоциированы с корональными дырами – областями короны с относительно низкой температурой (примерно 0,8·106 К), пониженной плотностью плазмы и радиальным по отношению к Солнцу магнитным полем. Состав солнечного ветра не блещет особым разнообразием: протоны, электроны, ядра гелия и немного иных частиц. Относительный химический состав солнечного ветра:
Элемент
Н
3Не
4Не
О
Ne
Si
Ar
Fe
Отн. сод.
 0,96 1,7·10-5 0,04 5·10-4 7,5·10-5 7,5·10-5 3,0·10-6 4,7·10-5
         А вот масса испускаемых частиц и правда удивительна – порядка миллиона тонн в секунду! Солнечный ветер защищает Солнечную систему от попадания в неё межзвёздного газа, потому что звёздный ветер создаёт границу гелиосферы. Он же пополняет веществом пояса Койпера и Оорта, но вот импульс солнечного ветра пока толком не используется. Ведь тонкая полиамидная плёнка не в состоянии тормозить протоны, летящие со скоростями от 500 до 700 км/с, следовательно, и получить от них заметный импульс!
        Электрически солнечный ветер в целом нейтрален, то есть количество протонов (и ядер гелия) равно количеству летящих в нём же электронов, но, поскольку каждая отдельная частица заряжена, можно воспользоваться законом Ленца. Для этого нужен парус из очень хорошо проводящего материала (ещё лучше – сверхпроводника), наведённые в котором токи будут отражать налетающие на проводящий слой паруса заряды. Конечно, только сверхпроводник сможет отражать их абсолютно упруго, но и алюминиевая плёнка сможет, хоть и не упруго, отражать протоны ветра! Отражать, а не частично притормаживать! Да и альбедо паруса только возрастёт!
С уважением и надеждой на публикацию
В.Н. Победин
В оглавление