В.А. Коноваленко
Управление вектором тяги солнечного паруса
Идея полётов в космосе с использованием солнечного паруса появилась в России (ещё в 1920 г.) – она принадлежит одному из пионеров ракетостроения Фридриху Цандеру. Но первый опыт создания солнечного паруса был предпринят только в 1993 г. – в российском эксперименте «Знамя-2». Большая 20-метровая тонкоплёночная конструкция была развернута за счёт центробежных сил на борту грузового космического корабля «Прогресс М-15».
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 парусов. Тест, однако, был кратковременным, поэтому можно сказать, что 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.
На эту фазу испытаний IKAROS'у отводится шесть месяцев. Парус IKAROS'а представляет собой квадрат со сторонами чуть больше 14 метров, созданный из полиамидной плёнки. В нескольких местах к этой мембране добавлены ультратонкие солнечные батареи. Они питают различные приборы парусника.
 IKAROS – это первый солнечный парусник за пределами околоземной орбиты. Он же – первый, в котором будут совмещены двигательные возможности космического паруса с его использованием в качестве солнечной батареи. Очередной японский проект по созданию солнечного паруса – межпланетный зонд с парусом и ионными двигателями, которые помогут солнечному паруснику маневрировать на пути к месту назначения и непосредственно около него, должен достичь Юпитера и Троянских астероидов.
Причина столь больших интервалов между появлением идеи и её реализацией – сложность маневрирования. Именно поэтому японцы намереваются оснастить парусник ионными двигателями. Этакая каравелла с атомным реактором. Между тем, может быть построено устройство для управления вектором тяги солнечного паруса безо всяких дополнительных двигателей. Его конструкция показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема солнечного парусника с управляемым вектором тяги.
На рисунке синим цветом показан «рангоут» парусника, красным – светоотражающие плёнки, 1 – основной парус, 2 – параболическое зеркало, 3 – управляемое плоское зеркало, 4 – корпус корабля, 5 – зеркальное кольцо-стабилизатор.
Рангоут корабля посредством тонких жёстких стержней связан в единую конструкцию с корпусом корабля 4 таким образом, чтобы общий центр массы был расположен в центре плоского зеркала 3. Работает устройство так: Давление света на зеркала 1 и 2 в сумме практически взаимно компенсируется и «работает» только импульс зеркала 3. Стабилизацию корабля по отношению к Солнцу обеспечивает зеркальное коническое кольцо 5, окружающее зеркало 2, центрирующее световой поток на зеркале 2 путём поворота корабля вокруг центра массы при дисбалансе падающего на кольцо 5 светового потока. Такое устройство снимает проблему поворота большого плёночного паруса и обеспечивает максимальное значение его эффективной площади, независимо от направления вектора тяги. Разумеется, стабилизация паруса вращением, как это делалось в эксперименте «Знамя-2», исключена, так как момент, создаваемый кольцом 5, приведёт в этом случае к прецессии.