Солнечные паруса — устройства, которые используют солнечное излучение для своего движения в космосе. Они не требуют топлива, как обычные ракеты, а лишь отражают или поглощают фотоны, испускаемые Солнцем. Чем дольше солнечный парус находится под воздействием солнечного света, тем больше он набирает скорость.
Аэрографит — материал, который состоит из углеродных нанотрубок и имеет плотность всего 0,18 кг/м3. Это делает его одним из самых легких материалов в мире. Аэрографит также обладает высокой поглощающей способностью, то есть он поглощает почти все солнечное излучение, попадающее на него. Это позволяет ему достигать высокого ускорения от солнечного давления.
Ученые провели компьютерное моделирование различных траекторий космического аппарата. Они рассмотрели два варианта запуска: прямой выход из полярной орбиты вокруг Земли и запуск солнечного дайвера с последующим отдалением от Солнца.
Мы использовали библиотеку poliastro Python, чтобы вычислить наши данные. Мы рассмотрели космический аппарат массой 1 кг (включая 720 г аэрографита), который имеет площадь поперечного сечения 104 м2, что соответствует радиусу 56 метров
— Юлиус Карлапп, Технический университет Дрездена.
Оказалось, что с помощью солнечных парусов из аэрографита можно достичь очень высоких скоростей и сократить время полета до Марса и межзвездного пространства. Например, при прямом выходе из полярной орбиты можно достигнуть скорости 65 км/с и долететь до Марса за 26 дней. При запуске солнечного дайвера можно достигнуть скорости 148 км/с и долететь до границы межзвездного пространства (гелиопаузы) за 4,2 года. Эти результаты зависят от расположения Марса относительно Земли и Солнца, а также от минимального расстояния до Солнца.
Для сравнения, полет на Марс на традиционном корабле занимает около девяти месяцев в одну сторону. Использование солнечных парусов предлагает существенное сокращение времени путешествия. Традиционный корабль двигается по эллиптической орбите, зависящей от положения планеты, поэтому ему требуется значительное количество времени для достижения своей цели. Кроме того, корабль должен быть оснащен достаточным количеством топлива для запуска, маневров в пространстве и торможения. В то время как использование новой разработки немецких исследователей позволяет достичь значительно более высоких скоростей и добраться на Марс и за его пределы гораздо быстрее.
Использование солнечных парусов из аэрографита открывает новые возможности для быстрого и эффективного исследования Солнечной системы и межзвездного пространства. Однако остается проблемой торможение космического аппарата при доставке полезной нагрузки на другие планеты или астероиды. Для этого могут потребоваться дополнительные системы, такие как электрические двигатели или магнитные парашюты.
Солнечные паруса из аэрографита имеют ряд преимуществ перед другими видами солнечных парусов, такими как паруса из милара или каптона. Во-первых, они легче и дешевле в производстве и запуске. Во-вторых, они более устойчивы к повреждениям от микрометеоритов и космического мусора, поскольку имеют пористую структуру. В-третьих, они более эффективно поглощают солнечное излучение, что увеличивает их ускорение. Использование солнечных парусов не ограничивается ролью межпланетного движителя. Теоретически они могут быть использованы для различных целей, таких как научные исследования, коммуникации, навигация или оборона.
Паруса из аэрографита являются перспективным направлением в космической технологии, которое может революционизировать способ перемещения в космосе. Однако для реализации этого потенциала необходимо решить ряд технических и юридических проблем, связанных с проектированием, запуском, управлением и торможением солнечных парусов из аэрографита.
