На магнитном парусе к звездам

Статьи Общество, На магнитном парусе к звездам | На магнитном парусе к звездам
flickr.com/ Comet Lovejoy Fading (NASA, International Space Station, 12/27/11)

Скромность – одна из черт финского национального характера. Она проявляется во всём, включая освоение космоса. На первый – и даже на второй – взгляд вклад страны в исследование Вселенной чуть больше, чем никакой. Финляндия, конечно, участвует в работе Европейского космического агентства, но не слишком заметно. До сих пор ни один финн не побывал на орбите. Запуск первого в истории финского искусственного спутника Земли, построенного студентами университета Aalto, состоялся лишь в апреле 2017 года – с отставанием на шесть десятилетий от лидеров мировой «космической гонки». Между тем, у финнов есть свой Циолковский – учёный, чьи идеи дают ответы на многие вопросы, связанные с освоением космоса и опережают свое время.

Профессор Метеорологического института из Хельсинки Пекка Янхунен (Pekka Janhunen) в середине первого десятилетия XXI века предложил оригинальную идею двигателя для межпланетных полетов.

Силовая установка космического корабля должна быть мощной, экономичной и компактной. Традиционные ракетные двигатели, сжигающие химическое топливо, подходят только для коротких полетов вблизи Земли. Они слишком «прожорливы».

Например, самая современная российская ракета-носитель лёгкого класса «Ангара 1.1» при стартовом весе 146 тонн может вывести на околоземную орбиту всего две тонны груза. Остальная часть массы приходится на топливо и металлическую оболочку. При межпланетных полетах расход топлива возрастёт во много раз.

Пекка Янхунен взял за основу давно существующую идею «космического паруса». Солнце излучает «солнечный ветер» – огромный поток заряженных частиц. Они летят со скоростью от 300 до 1200 километров в секунду. При столкновении с любым материальным объектом частицы «солнечного ветра» передают ему свою кинетическую энергию. Если поток плотный, то встреченный на пути предмет начинает двигаться.

То же самое происходит, когда обычный «земной» ветер давит на паруса морских кораблей. Только, в отличие от космического, он состоит из молекул воздуха.

Парус не расходует топливо, и космический корабль может лететь на нём практически вечно. В отличие от земного ветра, поток заряженных частиц не прекращается никогда.

Реализовать эту идею на практике очень сложно. «Солнечный ветер» слишком слаб. Для создания необходимого для движения усилия нужны паруса гигантских размеров. Например, парус площадью 1000 квадратных метров на орбите Земли создает тягу всего в 10 милиньютон. В сто раз большее усилие потребуется, чтобы взять в руку 100-граммовую плитку шоколада.

Для того, чтобы привести в движение космический корабль весом в пять тонн, площадь парусов должна составлять 330 гектаров. Это 650 футбольных полей! В космосе, конечно, полно свободного места и парус такого размера там поместится без проблем. Но как управлять таким огромным полотном, как подстраивать его под направление «ветра»?

В полете встречные метеориты будут оставлять на огромной поверхности трещины, что в конце-концов приведёт к её разрушению. Если сделать парус из какого-нибудь прочного материала, вроде металлического сплава, он окажется слишком тяжёлым.

Новизна идеи Янхунена заключается в том, что его парус сделан из … магнитного поля.

Оно не твёрдое, не тяжелое, не требует ухода и каких-либо специальных условий хранения между полетами.

Магнитное поле появляется только когда включается электрогенератор. Оно устойчиво к любым внешним воздействиям, кроме другого поля, и может простираться на сотни километров вокруг корабля.

Магнитным полем легко управлять. Для этого достаточно изменить силу электрического тока в обмотке генератора. Магнитный «парус» создаёт препятствие для заряженных частиц. После столкновения с ними он получает импульс движения, который передаёт космическому кораблю.

Теоретически «звёздный парусник» может разогнаться до 100 километров в секунду. Нынешний рекорд скорости пилотируемого полета почти в десять раз меньше. В 1969 году астронавты американского корабля «Аполлон-10» разогнали его до 10,8 километра в секунду.

На «солнечных парусах» полёт на Марс займёт от 10 дней до месяца – в зависимости от положения планеты на орбите. Существующим автоматическим станциям на это требуется около полугода.

К проекту подключились ученые из России, Германии, Швеции и Италии. Европейское космическое агентство выделило 1,7 миллиона евро для финансирования исследований.

В 2013 году был запущен эстонский спутник Satelliiit ESTCube-1, построеный студентами университета Тарту. Во время его полёта, в частности, отрабатывались технологии «солнечного паруса».

В декабре 2013 года Пекка Янхунен вместе с группой учёных предложил послать экспериментальную автоматическую станцию на «солнечных парусах» к планете Уран. Полет должен продлиться шесть лет, а скорость аппарата достигнет 20 километров в секунду. Пока решение об отправке миссии не принято. Проект Янхунена можно использовать даже для полетов к звездам!

Поскольку на большом расстоянии от Солнца «солнечный ветер» ослабевает, для разгона космического корабля понадобится искусственный источник заряженных частиц. Им может стать очень мощный лазер, установленный на одной из планет.

Лазерный луч, направленный на «парус», создаст необходимое давление на магнитное поле. Пока профессор Янхунен не смог решить проблему обеспечения «паруса» энергией.

Поддержание магнитного поля потребует создания очень мощного электрического тока в обмотке генераторов. На небольших экспериментальных аппаратах он может извлекаться из ёмких аккумуляторных батарей.

Для межпланетного полета большого космического корабля с экипажем понадобятся один или несколько ядерных реакторов. В космосе придётся построить целую атомную электростанцию. Технологий «внеземного» строительства ядерных объектов пока не существует.

Также не решены вопросы защиты космонавтов от космического излучения и воздействия магнитного поля «паруса». Многие люди плохо чувствуют себя во время «магнитных бурь». На борту «космического парусника» «магнитная буря» будет продолжаться непрерывно. Вдобавок, искусственное магнитное поле будет в тысячи раз сильнее земного.

Межпланетный полёт на «магнитном парусе Пекки Янхунена» – дело будущего. Земной науке ещё предстоит «дорасти» до уровня, необходимого для реализации идей финского ученого.

Идеи Циолковского были реализованы через четверть века после его кончины. Поскольку развитие цивилизации явно ускоряется, можно ожидать, что времена межпланетных парусников наступят раньше, чем мы сейчас можем предположить.

Текст: Сергей Толмачев


Источник