Заблудившийся парус

21 июня, за 14 минут до полуночи по московскому времени с российской подводной лодки в Баренцевом море взлетела ракета "Волна" с солнечным парусником на борту. Без преувеличений, это могло стать главным астрономическим событием года: солнечные паруса уже испытывали на Земле и развертывали вблизи космических кораблей, но в самостоятельное путешествие не отправлялся еще ни один.

Вместо этого получилась история с анекдотическим оттенком: "Вы будете смеяться, но Черненко тоже умер". Второй за сутки российский космический корабль не смог выйти на расчетную орбиту. Если первый - военный спутник "Молния-3К" - неожиданно для всех оказался в центре внимания только благодаря аварии, то запуска второго ждали многие, и ждали давно: предыдущую - неудачную - попытку предприняли четыре года назад.

Организаторы остались прежними - некоммерческая американская организация Planetary Society (ей принадлежит Cosmos-1) и несколько российских госпредприятий в ведении Роскосмоса. Корабль и обстоятельства его неудачи - изменились. Это заставляло надеяться на лучшее даже после официального сообщения: ракетные двигатели остановились на 83 секунде полета, орбита не достигнута, судьба аппарата неизвестна.

Что произошло с космическим парусником, неясно до сих пор. Представители Planetary Society утверждают, что три наземные станции в различных точках мира вскоре после запуска зафиксировали слабый радиосигнал, который можно приписать потерянному кораблю. Российские военные ищут аппарат в окрестностях архипелага Новая Земля. В Пентагоне сообщили, что не располагают сведениями о новом спутнике.

Если корабль "заблудился" на орбите (что, однако, маловероятно - это признали уже и его владельцы), он вскоре заявит о себе сам: через четыре дня после запуска при отсутствии команд с Земли парус должен автоматически раскрыться. Огромное "зеркало" диаметром 30 метров станет доступно радарам, а при определенных условиях его можно будет увидеть невооруженным глазом.

Без руля и без ветрил

Чтобы увидать летание четырьмя крыльями, пойди во рвы Миланской крепости и увидишь черных стрекоз

Леонардо да Винчи Cosmos-1 отличается от всех остальных космических кораблей. Чтобы лететь и маневрировать в безвоздушном пространстве, он не нуждается в топливе. Такой аппарат придумал в 17 веке немецкий астроном Иоганн Кеплер. Он заметил, что по мере приближения к Солнцу хвосты комет отклоняются в противоположную сторону, и сделал неожиданно верный вывод - от светила исходит особого рода ветер, который можно использовать для перемещения парусных кораблей за пределами Земли. В момент появления этой записи еще не были сформулированы простейшие законы механики, а давление света (которое, на самом деле, вносит основной вклад в отклонение кометных хвостов) было открыто намного позже - в конце 19 века. Еще позже, в 1950-х годах, американский математик Бирман и советский астроном Грингауз доказали существование солнечного ветра. Это - поток протонов и альфа-частиц, движущихся со средней скоростью 450 километров в секунду.

Впрочем, несмотря на внушительную скорость, их было бы недостаточно, чтобы "надуть" парус. Как показывают расчеты, поверхность Солнца ежесекундно покидают всего 800 килограммов плазмы, и вблизи Земли - на расстоянии около 150 миллионов километров от источника - плотность потока исчезающе мала. Однако солнечный парусник все равно оказывается возможен - как и в случае кометных хвостов, благодаря давлению света. Фотоны, сталкиваясь с отражающей поверхностью, передают ей удвоенный импульс. На один квадратный метр поверхности паруса, развернутого на околоземной орбите, ежесекундно падает световой поток с энергией 1,4 килоджоуля - это примерно в триллион раз больше "механической" энергии солнечного ветра. К слову, хвосты комет испытывают куда большее влияние с его стороны - для них существенны электромагнитные эффекты.

Обычные ракеты имеют предел скорости - при отстуствии вблизи притягивающих тел она растет до тех пор, пока расходуется топливо. Солнечный парус, напротив, непрерывно ускоряется под воздействием световых лучей. Однако область, где световой поток ощутим, имеет границы, а трение о крайне разреженный газ происходит и за пределами атмосферы. Ограничения, возникающие из-за этого, все равно позволяют аппарату разогнаться до 90 километров в секунду (это в 11 раз больше скорости шаттла при выходе на орбиту), так что он легко преодолевает силу и земного, и солнечного притяжения.

"Парусники" не только способны выйти за пределы Солнечной системы - они могут сделать это за минимальное время. Сравнительно небольшой солнечный парус площадью 400 квадратных метров, будучи запущен сейчас, за 8 лет догнал бы Voyager-1 - самый удаленный от Земли космический аппарат, отправивишийся в космос в 1977 году. Расстояние до него составляет сейчас 14,2 миллиарда километров.

Чем быстрее солнечный парус, тем больше должна быть его площадь. Предполагалось, что после выхода на орбиту Cosmos-1 развернет 8 треугольных лепестков 15-метровой длины и общей площадью 600 квадратных метров. Чтобы уменьшить массу, их изготовили на основе полимерной пленки толщиной в одну двухсотую миллиметра, на которую напылили алюминий. Вместе с управляющим блоком аппарат весил около 100 килограммов.

"Многолепестковая" конструкция позволяет влиять с Земли на траекторию. Поворачивая лепестки, можно ослабить поток падающего на них света и заставить аппарат маневрировать. "Жесткие" прототипы солнечного парусника умели перемещаться только по прямой.

На первый взгляд, во всем, кроме скорости, необычный корабль проигрывает ракетам с реактивным двигателем - их грузоподъемность на порядки больше, они практически сразу набирают необходимую скорость и могут лететь в произвольном направлении (а не только от Солнца). При вдумчивом сравнении оказывается, что ситуация не безнадежна. Основную часть груза реактивных кораблей составляет само топливо - в случае шаттла, например, на него приходится 95 процентов стартовой массы. "Парусники" до и после старта весят одинаково.

Согласно простейшей схеме, световой поток ослабевает, когда корабль удаляется от Земли. Ученые нашли способ обойти это препятствие: ракета-носитель не выводит парусник на околоземную орбиту, но направляет к центру Солнечной системы. В результате корабль начнет набирать скорость в "точке поворота" вблизи Солнца, где плотность излучения намного больше, и пересечет орбиту Земли уже разогнанным. Cosmos-1 должен был осуществить именно такой маневр. Кроме того, солнечный парус можно "подпитывать" лазерным лучом дистанционно, но этот эксперимент решили оставить на потом.

Скорее всего, "корабль будущего" все-таки запустят. Неизвестно, сколько времени пройдет до следующей попытки. Возможно, что в ней уже не будет принимать участия Россия - многие страны занимаются разработкой похожих проектов: японское аэрокосмическое агентство JAXA в 2004 году уже провела первые испытания в космосе, а NASA предпочитает тестировать аппарат на Земле. И это дает повод надеяться, что солнечный парус не повторит судьбу других многообещающих, но "слишком красивых, чтобы быть верными" идей.