ПАРУС
СОЛНЕЧНЫЕ ПАРУСА

Солнечный свет у Земли приносит около 1361 Вт/м² [1]. Каждый джоуль света несёт импульс 1/c, так что поглощающая поверхность испытывает давление S/c ≈ 4,5 мкН/м², а идеальное зеркало, отражающее свет обратно, — вдвое больше: 9,08 мкН/м². Парус, наклонённый к Солнцу под углом α, ловит меньше света (cos α) и толкается вдоль своей нормали, так что сила падает как cos²α.

Настоящие паруса — не идеальные зеркала: они поглощают часть света, морщатся и выгибаются. Японский IKAROS, запущенный 21 мая 2010 года вместе с венерианским зондом «Акацуки», развернул мембрану 14 × 14 м и первым в мире продемонстрировал солнечный парус в полёте [7]; траекторные измерения показали тягу солнечного света 1,12 мН — ожидаемое значение [2][3]. Это примерно вес десятой доли грамма на Земле [3].

Солнечный свет всегда толкает от Солнца, но парус можно наклонить так, чтобы часть толчка шла вбок — вдоль направления движения, чтобы разогнаться и поднять орбиту, или против него, чтобы затормозить и спуститься по спирали. Боковая составляющая силы пропорциональна cos²α · sin α и максимальна при α ≈ 35,26°, где достигает около 38 % полного лобового толчка.

Вокруг Земли задача сложнее: полвитка парус движется к Солнцу и его нужно ставить ребром, а ниже нескольких сотен километров сопротивление воздуха сильнее солнечного света. Тем не менее LightSail 2 Планетного общества, запущенный 25 июня 2019 года на орбиту 720 км, поднимал высшую точку своей орбиты одним светом: примерно на 2 км за четыре дня в конце июля 2019 года и на 7,2 км за месяц, пока сопротивление в итоге не победило и 17 ноября 2022 года он не вошёл в атмосферу [4][5][8].

Солнечный свет ослабевает как 1/r², так что на расстоянии Венеры парус получает почти вдвое больший толчок, чем у Земли, а у Юпитера — около 4 %. Сильнее всего паруса во внутренних миссиях — к Солнцу, к Меркурию или на орбиты с большим наклоном к эклиптике: они разгоняются месяцами без топлива там, где ракете понадобился бы огромный бак.

Аппарат NASA Advanced Composite Solar Sail System (ACS3), запущенный 23 апреля 2024 года, испытывает лёгкие композитные штанги для паруса площадью около 80 м² [6]. JAXA завершило работу с IKAROS 15 мая 2025 года: последний раз его слышали перед пятым погружением в спячку в мае 2015 года [7]. Выберите ниже расстояние и время и посмотрите, что накопит парус.

Поскольку сила мала и определяется площадью, характеристики паруса задаёт его поверхностная плотность — полная масса на квадратный метр паруса. IKAROS нёс около 1,6 кг на квадратный метр, в основном за счёт корпуса; аппарат, весящий всего несколько граммов на квадратный метр паруса, разгонялся бы в сто раз быстрее. Поэтому парусные миссии стремятся к более тонким плёнкам, лёгким штангам (композиты ACS3) и крошечной полезной нагрузке [6].

Остальные ограничения практические: развернуть сотни квадратных метров плёнки, не порвав её, управлять чем-то размером с теннисный корт при крошечных моментах и выдерживать жар вблизи Солнца. IKAROS управлялся жидкокристаллическими панелями на парусе, менявшими отражательную способность [2]. Каждая демонстрация пока проверяла ещё одну часть головоломки.