Под парусом к звездам
Тема фотонного паруса не нова. Первооткрывателем явления считается И. Кеплер, отметивший в свое время, что хвост кометы всегда направлен от Солнца, идею развил с учетом современных ему представлений Дж. Максвелл. Экспериментально изучено, в частности, русским физиком П.Н. Лебедевым, использовавшим для этого крутильные весы в вакууме. В 1924 году идею об использовании солнечного паруса в качестве движителя для космических кораблей впервые высказал советский инженер Ф. А. Цандер в 1924.
С 70-х все активнее используется в космической отрасли, в частности, АМС «Маринер» использовал свои солнечные батареи как паруса для маневрирования. В 90-е годы у СССР была претенциозная программа «Знамя» - но,увы, по понятным причинам. В нынешнем веке интерес к парусу только растет.
Опуская неудачи, японцы в 2010 году запустили аппарат IKAROS, отправившийся на парусе к Венере, а американцы в 2015 году запускают спутник «Lightsail-1», парус которого вы видите на гиф.
Россия в 2020 запускает спутники группировки «Ярило», разработанную в МВТУ им Баумана, также с модулем солнечного паруса.
В дальнейшем есть предложение отправлять зонды с солнечным парусом навстречу дальним межзвездным объектам, пересекающим Солнечную систему в радиусе 10 а.е. от светила.
Почему появился повод вспомнить об этом? Для межзвездных путешествий парус очень интересен - никакого топлива, разгоняет и разгоняет корабль до расчетной скорости. Правда, есть проблема. Мощность подсветки, а в ее качестве можно пользоваться как светом Солнца так и лазером с орбиты, уменьшается пропорционально квадрату расстояния.
Да и сама отдача невелика. И вот как раз здесь наметился существенный прогресс. Графеновый парус показал рост отдачи по КПД на порядок-два.
N+1 рассказал об работе европейцев.
«Проект GrapheneSail, разрабатываемый европейской компанией SCALE Nanotech при поддержке Европейского космического агентства, предлагает вариант солнечного паруса, состоящего из двухслойного графена, покрывающего медную решетку, ускоряемый лазерным лучом. Такая структура позволяет снизить среднюю плотность паруса и сделать его достаточно жестким...
Эксперименты подтвердили работоспособность паруса. Значение создаваемой тяги и ускорения для образца без графена в диапазоне мощностей лазерного излучения от 0,1 до 1 ватта, составили соответственно 31 миллиметр на секунду в квадрате и 8 наноньютонов, в то время как для образцов с графеном эти значения составили 47-992 миллиметра на секунду в квадрате и 12-248 наноньютонов в зависимости от мощности и рабочей длины волны. Полученные значения тяги на один порядок больше, чем результаты теоретических расчетов, что требует продолжения работ и вызывает большой интерес к графену в качестве материала для солнечного паруса.«
200нН с 7,5мм2 это уже очень интересно, скажу вам. Например, простейший расчет показывает, что корабль массой 10 тонн требует паруса 3,5км2 для разгона с ускорением 1м/с2. Так-то это не мало, за пять лет половина скорости света. Важно, чтобы источник света не удалялся)