Рис. 1. Схема питания светового паруса космического аппарата.
Летом 2010 года «Вояджер-1» передал о серьёзном изменении в окружающей обстановке – скорость солнечного ветра в этом направлении обратилась в ноль. Солнечный ветер в окрестностях планет имеет скорость в несколько сотен километров в секунду (если считать за точку отсчёта Солнце). После границы ударной волны его скорость упала ниже 100 км/с, в 2007 году «Вояджер-1» «намерял» 60 км/с и далее фиксировал падение этой скорости, а по последнему сообщению получен знаковый ноль.Это очень важное сообщение. Возможно, что именно здесь корпускулярная компонента солнечного ветра агглютинирует, образует комки, которые затем превращаются в кометы и метеориты. Отсюда очевидна важность зондирования именно этих областей нашей системы, причём желательно придавать зондам бо'льшие скорости, чтобы получать информацию не через три десятка лет, а заметно раньше. При существующих и ожидаемых в ближайшее время ракетных системах подобные запуски очень дороги.
Между тем, использование для ускорения космического аппарата солнечного паруса, опережая своё время, предлагал ещё Фридрих Цандер, однако, первая успешная реализации идеи состоялась только в 1993 г. в рамках российского эксперимента “Знамя-2”. Большая 20-метровая тонкопленочная конструкция была развернута за счет 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 размером 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.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. Испытания прошли успешно и работы были продолжены. 21 мая 2010 г. с космодрома Танегасима японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) был успешно запущен IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun: межпланетный аппарат – “воздушный змей”, движущийся под воздействием солнечного излучения), оснащенный солнечным парусом площадью 200 кв.м. (квадрат с диагональю в 20 м). Главная цель – демонстрация маневрирования и значительных изменений орбиты при помощи солнечного паруса в ходе его полёта к Венере. Следующий японский солнечный парусник будет представлять собой "цветок" диаметром 50 метров. Цель данного космического аппарата – Юпитер и Троянские астероиды. Эти работы свидетельствуют об успешности применения солнечных парусов в качестве космических движителей.
С большим отставанием от Японии в этом году запущен первый экспериментальный солнечный парусник США. Приключения американского аппарата начались 19 ноября 2010 года, когда ракета Minotaur IV, стартовавшая с космодрома на острове Кадьяк (Kodiak Launch Complex), вывела в космос сразу семь небольших спутников. Они были подняты на орбиту высотой 653 км и наклонением 72 градуса. Одной из главных нагрузок в том старте был экспериментальный микроспутник FASTSAT, предназначенный для испытания целого ряда технологий, разработанных для лёгких и недорогих космических аппаратов.В данном запуске начинкой этого адаптера выступал парусник NanoSail-D. Его FASTSAT должен был отправить в свободное плавание вскоре после своего выхода на орбиту. Но ни в ноябре, ни в декабре запланированного выброса не случилось. Однако, совсем неожиданно, 18 января 2011 года в три часа утра по Гринвичу механизм выброса NanoSail-D всё же сработал, о чём просигнализировала телеметрия FASTSAT и что было позднее подтверждено наземными системами слежения за космическими объектами.
Однако, солнечные паруса, работающие от прямого солнечного излучения, обладают одним существенным недостатком – их сила тяги при прочих равных условиях обратно пропорциональна расстоянию от Солнца. Так, уже для полёта к Юпитеру JAXA приходится увеличивать линейные размеры паруса в два с половиной раза. Космический разведчик «Вояджер-1», находится сейчас у границы Солнечной системы на расстоянии 17,41 миллиарда километров от Земли и почти в 117 раз дальше от Солнца, чем Земля. Это означает, что для сохранения силы тяги паруса его диаметр нужно увеличить во столько же раз, то есть применительно к IKAROS'у нужен парус диагональю более двух километров. А увеличение размеров паруса делает очень сложным его удержание в расправленном состоянии, так как использовать для этой цели вращение нельзя – парус перестаёт быть управляемым из-за гироскопического эффекта.Для преодоления этого недостатка необходимо вместо точечного источника (каким является Солнце), создающего освещённость, обратно пропорциональную квадрату расстояния, применить источник с гораздо меньшей расходимостью лучей, каким, например, является лазер (хотя, конечно, на таких чудовищных расстояниях и нынешние лазеры слишком «широко лучевые»: парус диаметром 50 м в гелиопаузе будет «виден» под углом около одной угловой микросекунды). «Накачивать» лазер можно излучением Солнца, которое фокусируется на лазере параболическим зеркалом, расположенном на орбите Земли или ещё ближе к Солнцу, как это показано на рис.1. На орбите Земли общая мощность солнечного излучения, падающего на парус IKAROS'а, составляет менее 300 кВт.
В готовом виде боевой лазер JHPSSL будет состоять из восьми цепей с четырьмя модулями усиления в каждой. В итоге его суммарная мощность превысит требуемый уровень в 100 киловатт. Иначе говоря, для питания паруса IKAROS'а необходимой энергией достаточно утроить сборку JHPSSL и обеспечить её непрерывную работу. Создание тонкоплёночного параболического зеркала в свободном космосе весьма сложная задача.Возможно, на первых порах рефлектор с лазером целесообразно изготовить из более прочных материалов и установить, например, на одном из полюсов Луны (рис. 2). Конечно, изготовление подобного устройства на Луне – дорогое удовольствие, но оно может быть многоцелевым и в значительной части окупаться за счёт этого дополнительного использования. Например, для изменения орбит "неудобных" метеорных тел. В самом деле, зачем тащить на них двигатели, если гораздо экономнее доставлять туда только энергию и с её помощью испарять "местные" материалы в нужной точке объекта. Ведь закон сохранения импульса работает независимо от наличия или отсутствия сопел. Вот только перед этим нужно всё хорошо считать, чтобы не получилось по Черномырдину: "Хотели как лучше, а получилось как всегда".
