А. ШИБАНОВ
«Знание - сила» 1960 г., №9
Световое давление играет большую роль в различных космических процессах. Астрономы давно знают, что хвосты комет «сдуваются» светом Солнца в сторону, противоположную свету. Давление солнечного света на мельчайшие космические частицы уносит их на огромные расстояния. Солнечные лучи — это своеобразная «метла», выметающая космическую пыль. По представлениям некоторых астрофизиков даже размеры звезд определяются световым давлением: когда звезда становится слишком большой, излучение ее раскаленных внутренних областей отбрасывает избыток звездного вещества в мировое пространство.
А нельзя ли использовать световое давление в космонавтике?
Некоторая надежда на это существует.
Думают, что простейшим солнечным космическим двигателем послужит большое параболическое зеркало, в фокусе которого находится котел с какой-нибудь жидкостью. Собранные зеркалом солнечные лучи нагревают жидкость до кипения, и пар, с большой скоростью вырываясь из сопла, создает реактивную силу тяги. Чтобы в районе земной орбиты развить мощность в 100 киловатт, потребуется фокусирующее зеркало диаметром в 18 метров. И чем выше мощность двигателя, тем крупнее должно быть зеркало.
Если зеркало сделать достаточно большим, то котел с рабочей жидкостью не понадобится. Получится подобие фотонной ракеты — световые лучи, падающие на зеркало, станут толкать его вместе со всем аппаратом. Движущая сила возникнет за счет давления солнечного излучения, без всяких промежуточных этапов.
Чтобы оценить, насколько реальна изложенная идея, мы приведем результаты расчетов, выполненных одним американским ученым. Он предположил, что зеркало изготовлено из пластмассовой пленки толщиной в одну десятую долю миллиметра, покрытой для лучшего отражения лучей тончайшим слоем алюминия. Квадратный сантиметр такого зеркала весил бы всего пять десятичных долей грамма.
Космический корабль, весящий столько же, сколько его «парус», на орбите Земли приобрел бы ускорение в 0,16 см/сек2. Это очень малое ускорение — в шесть тысяч раз меньше, чем то, с которым камень падает на Землю. С таким ничтожным ускорением не удастся даже преодолеть сопротивления воздуха. Но за границами земной атмосферы, где и сила земного притяжения значительно меньше, вполне разумно использовать световое давление для постепенного разгона аппарата.
Представим себе, что маленький космический «парусный кораблик» вращается вокруг Земли подобно искусственному спутнику. За каждый свой оборот он будет получать некоторую дополнительную скорость. Для этого нужно, чтобы «парус» автоматически «разворачивался» каждый раз, когда сила светового давления действует в направлении движения, и сворачивался, когда световое давление тормозит движение.
Двигаясь по спирали и постепенно удаляясь от Земли, наш аппарат разовьет мало-помалу такую скорость, что его уже не удержит земное притяжение. За год скорость корабля увеличилась бы настолько, что он вышел бы даже за пределы солнечной системы.
Наш автоматический «парусный кораблик» смог бы, например, совершить путешествие на Венеру. Чтобы перейти с орбиты Земли на орбиту Венеры, которая расположена ближе к Солнцу, придется двигаться навстречу «солнечному ветру». Но каждый знает, что моряки давно уже овладели искусством движения под парусами против ветра. Не представит это особых затруднений и для австронавтики.
Разогнавшись на земной орбите вокруг Солнца, придется лишь несколько притормаживать движение, и тогда аппарат будет по спирали «падать» на Солнце. Примерно так же искусственный спутник Земли постепенно приближается к нашей планете. А когда наш корабль достигнет орбиты Венеры, торможение можно будет автоматически (или радиосигналом с Земли) прекратить.
Обратное движение к Земле тоже не представит затруднений. Положение «паруса» тогда изменится на прямо противоположное, и движение «кораблика» станет не замедляться, а наоборот ускоряться, пока спираль его траектории не «развернется» до размеров земной орбиты.
В межпланетном пространстве на космический корабль будет действовать сила притяжения Солнца, всего в два раза превышающая силу светового давления на его парус. Поэтому космический корабль весом в 10 килограммов с солнечным парусом диаметром в 70 метров (и тоже весящим 10 килограммов) менее чем за год сможет попасть на орбиту Венеры и вернуться обратно.
Любопытно, что ионный ракетный двигатель, считающийся довольно перспективным, способен сообщить межпланетному кораблю ускорение, не большее, чем «солнечный парус». Между тем, устройство ионного двигателя куда сложнее. И если прогресс техники позволит создавать все более легкие и тонкие паруса, эффективность их будет возрастать.
Надо оговориться, что светового давления все же едва ли хватит для ускорения большого космического корабля с экипажем. Но легкие автоматические научно-исследовательские межпланетные станции, маневрирующие «солнечным парусом» (автоматически или по сигналам с Земли) представляются довольно перспективными. Ведь как заманчиво освободиться от запасов топлива!
Конечно, подобные кораблики не смогут вылететь за пределы солнечной системы — туда, где царит вечный «световой штиль». Но кто знает, быть может, именно «солнечный парус» позволит накопить научно-технический опыт для создания стремительных фотонных ракет — звездолетов. Ведь фотонная ракета — не что иное, как сочетание такого паруса с собственным «искусственным» солнцем».