Консорциум 'Космическая регата' (дочерняя структура РКК 'Энергия') 4 февраля 1993 года провел космический эксперимент 'Знамя-2', продемонстрировав возможность развертывания тонкопленочных конструкций за счет центробежных сил. На грузовом корабле 'Прогресс М-15' было успешно развернуто 20-метровое зеркало. Следующий эксперимент, 'Знамя-2,5', 26 октября 1998 года был досрочно прекращен из-за ошибки в программе автоматического управления. Правда, целью этих экспериментов было не парусное 'космоплавание', а подсветка ночной поверхности Земли отраженным солнечным светом. В дальнейших планах - продолжение экспериментов в 2008 году.

    Идея о том, что свет может оказывать давление, приписывается Иоганну Кеплеру - на такую мысль его навели в 1619 году развевающиеся хвосты комет при движении по околосолнечной орбите. В 1873 году Джеймс Максвелл, исходя из своей электромагнитной теории света, теоретически оценил величину этого давления, а в 1900 году наш соотечественник - знаменитый физик Петр Лебедев - сумел экспериментально обнаружить и измерить силу светового давления. Первыми решили использовать солнечную тягу россияне - о солнечном парусе еще в 1913 году написал фантаст Борис Красногорский. В его романе 'По волнам эфира' корабль 'Победитель пространства' передвигался в космосе, используя солнечный свет и кольцевое зеркало из тончайших листов отполированного металла. А в середине 1920-х, тоже в России, за эту идею взялся ученый и изобретатель Фридрих Цандер, один из основоположников теории космических полетов и реактивных двигателей. В 1924 году он подал в Комитет по изобретениям авторскую заявку на космический самолет, который для передвижения в межпланетном пространстве использовал бы огромные и очень тонкие зеркала.


    Тогда эту идею никто не воспринял всерьез - подходящих материалов и технологий просто не существовало. Но в 1960-х годах к солнечным парусам вновь вернулись фантасты (известный пример - рассказ Артура Кларка 'Солнечный ветер'), а затем и инженеры. В 1970-х солнечный парус вполне серьезно рассматривался NASA как один из вариантов двигателя для зонда, отправляющегося на рандеву с кометой Галлея. От этой идеи по разным причинам отказались, но ее не забыли.
    В 2000 году в НПО им. Лавочкина и Институте космических исследований (ИКИ) РАН начались работы по программе КАСП (Космический аппарат 'Солнечный парус'). Спонсировали проект Планетарное общество США, учрежденное в 1980-м тремя учеными - профессором Калтеха Брюсом Мюрреем, сотрудником JPL Луисом Фридманом и астрономом и писателем Карлом Саганом, и общественная организация Cosmos Studios, руководит которой Энн Друян - вдова Карла Сагана. Солнечный парус - это тонкая, 5 микрон толщиной, полиэфирная пленка, с 'солнечной' стороны покрытая субмикронным слоем алюминия (коэффициент отражения 0,85). 'Такая пленка достаточно прочна, но стоит ее повредить, например, микрометеоритом - и разрыв сразу же ползет по всей поверхности, - рассказал 'Популярной механике' российский руководитель проекта Виктор Кудряшов. - Чтобы пленка не рвалась, ее армируют. В нашем случае полотно паруса было усилено узкими полосками специальной ленты, которая останавливает разрывы, не позволяя им 'ползти' через весь парус'.
    Среди возможных конструкций паруса в НПО им. Лавочкина остановились на 8-лепестковом 'цветке'. Каждый треугольный лепесток площадью 75 квадратных метров должен был разворачиваться и поддерживаться специальным пневмокаркасом, который приобретает жесткость после наполнения азотом. В сложенном виде лепесток помещается в контейнер размером с кирпич - сначала его вакуумируют, удаляя оставшийся воздух, а затем многократно сворачивают по специально разработанной схеме укладки. В раскрытом состоянии космический парусник представляет собой небольшую (1 м длиной) платформу, из которой 'растут' 8 треугольных лепестков. 'Для космического аппарата с солнечным парусом полет по околоземной орбите имеет свои особенности. В различные моменты времени он может быть освещен Солнцем или находиться в тени Земли. Для организации управления аппаратом планировалось, в частности, поворачивать лепестки паруса вокруг оси каждого из них', - говорит Виктор Кудряшов.
    Зачем нужны солнечные паруса? Ведь их тяга очень мала (давление солнечного света на уровне земной орбиты на идеально отражающее зеркало площадью 1000 м² составляет всего 10 мН) и несравнима с мощными реактивными двигателями. Впрочем, двигатели на химическом горючем могут работать сотни секунд, плазменные двигатели - тысячи часов, и те и другие ограничены запасом рабочего тела. А вот паруса могут давать тягу, пока их поверхность освещена Солнцем (по прогнозам астрономов, это будет продолжаться еще около 5 миллиардов лет), и при этом не расходуется ни энергия, ни рабочее тело. Поэтому перед солнечными парусами открываются блестящие перспективы. К сожалению, полет солнечного парусника с экипажем на борту - пока дело отдаленного будущего. Но автоматические станции, оснащенные таким двигателем, - реальность ближайшего времени. Парусные аппараты вполне серьезно рассматриваются как зонды для полета к внутренним планетам Солнечной системы, к Плутону, к некоторым астероидам и кометам. Для продвижения ближе к границам Солнечной системы, где интенсивность солнечного света существенно снижается, уже появляются фантастические проекты орбитальных лазеров, 'подталкивающих' парус.


    На сегодняшний день космический аппарат с солнечным парусом способен решать не только научные задачи. Одним из его реальных прикладных применений может стать проект НПО им. Лавочкина и ИКИ РАН 'Солнечная погода'. Речь идет о 30-килограммовой космической обсерватории для наблюдения за Солнцем и предсказания магнитных бурь, размещаемой на расстоянии, например, три миллиона километров на линии Земля-Солнце. Это в два раза ближе к Солнцу, чем точка либрации (то есть гравитационного равновесия), в которой висит европейско-американская солнечная обсерватория SOHO. Используя парус площадью в 1000 квадратных метров, 'Солнечная погода' будет компенсировать увеличение притяжения Солнца - это даст возможность предупреждать о магнитной буре за большее время, чем сейчас.
    Российскому солнечному парусу не повезло - на 83-й секунде полета в работе первой ступени 'Волны' произошел сбой и ракета рухнула в море (такая же судьба постигла и прототип, тоже выводимый 'Волной' - в 2001 году он должен был продемонстрировать возможность раскрытия двух 'лепестков'). Однако директор проекта и исполнительный директор Планетарного общества США Луис Фридман не намерен бросать идею: 'Случаются и неудачи. Но сразу после падения Cosmos-1 я начал получать сообщения от ученых, инженеров и просто энтузиастов, и все в один голос говорили: 'Давайте сделаем еще один солнечный парус и запустим его!'. Это вполне совпадает с нашими собственными планами. Конечно, скорее всего, ракету-носитель придется сменить, и мы сейчас рассматриваем два возможных варианта - 'Союз-Фрегат' и 'Космос-3М'. Остается только найти средства - весь проект будет стоить около $4 млн.'. Но в настоящее время, по сообщениям официального сайта НПО им. Лавочкина, проект нового солнечного паруса, к сожалению, заморожен.

---

Конструкция "солнечного паруса" Космос-1     Космический аппарат с солнечным парусом (КАСП), на котором снаружи установлены специальным образом сложенные лепестки паруса, невелик - примерно 1 метр длиной и 100 кг весом, но это не мешает ему иметь в своем составе все необходимые для работы самого аппарата и паруса системы. Основой конструкции КАСП является приборная платформа, на которой крепится разгонная двигательная установка, 4 панели солнечных батарей, служебная аппаратура, фото- и телекамеры, антенны, и - самое главное- блок солнечных парусов. В сложенном виде каждый из 8 лепестков представляет собой небольшую упаковку 30 см х 20 см х 20см. Эти 8 упаковок расположены в двух плоскостях - по 4 в каждой. Развертывание лепестков происходит в два этапа: сначала раскрываются 4 лепестка, лежащие в одной плоскости, а затем - 4 лепестка, лежащие в другой. Каждый лепесток в развернутом виде представляет собой равнобедренный треугольник, расширяющийся от продольной оси аппарата к периферии. Эти 8 лепестков расположены таким образом, что после развертывания всех восьми, они образуют практически окружность диаметром около 30 м и площадью 600 квадратных метров.     Изготовлены лепестки солнечного паруса из полимерной пленки толщиной 5 мкм, которая с одной стороны (обращенной к Солнцу) металлизирована. По двум длинным сторонам каждого лепестка проложен пневмокаркас, который представляет собой полую трубку диаметром 15см и сделан также из полимерного материала, но толщиной не 5, а 20 мкм. Каркас необходим для организации процесса развертывания каждого лепестка (внутрь трубки по команде на раскрытие паруса подается сжатый азот и постепенно разворачивающиеся трубки и растягивают тонкие лепестки) и создания жесткости каждой из частей паруса. Каждый лепесток имеет возможность поворачиваться вокруг оси крепления на заданный угол. Тягу солнечному парусу обеспечивают фотоны. При поглощении или отражении от солнечного паруса они передают свой импульс (в первом случае одинарный, во втором - двойной) космическому аппарату. Именно свет, а не солнечный ветер (в отличие от парусных судов, движимых ветром) и толкает космический парус. Солнечный ветер - это поток плазмы, относительно медленных (300-700 км/с) заряженных частиц, в основном протонов и электронов (встречаются ядра гелия и даже ионы более тяжелых элементов), связанных собственным магнитным полем. Солнечный ветер берет свое начало в короне и 'дует' к границам Солнечной системы. Взаимодействуя с магнитным полем Земли, он вызывает северное сияние, с кометами - приводит к образованию их плазменных или ионных хвостов. Хотя солнечный ветер нельзя 'запрячь' в паруса космических аппаратов из-за его крайней разреженности (давление примерно в тысячу раз меньше светового), любопытно, что именно он подсказал такой способ передвижения в космосе: в XVII веке Иоганн Кеплер в результате наблюдений за хвостами комет предположил, что парусные корабли смогут передвигаться в небесах.