Головна
Астрономія
Підняти сонячне вітрило! [Прощаємося із першим у світі міжпланетним апаратом, рухомим сонячним світлом]

Підняти сонячне вітрило! Прощаємося із першим у світі міжпланетним апаратом, рухомим сонячним світлом

Марина Качура Олександра Іванова 21 Травня

Японське аерокосмічне агентство JAXA офіційно оголосило, що свою місію завершив апарат IKAROS — перший апарат, який долав міжпланетний простір завдяки сонячному світлу. Замість двигуна він мав сонячне вітрило, а замість палива — тиск сонячного випромінювання, що штовхав його уперед. Так IKAROS провів майже 15 років у космосі, поки не відповів тишею на останню спробу встановити з ним зв'язок. Як IKAROS витримав таку довгу подорож, і що він залишив після себе для наступних місій — у нашому тексті.

Навіщо IKAROS запустили у космос?

Історія першого міжпланетного космічного апарата на сонячному вітрилі почалася 21 травня 2010 року, коли його запустили з японського космодрому Танеґашіма разом із зондом «Акацукі», що мав вивчати атмосферу Венери. Утім, на відміну від «Акацукі», дослідницьких задач перед IKAROS майже не ставили. Він мусив лише продемонструвати у реальному польоті, що давня ідея подорожувати космосом лише завдяки сонячному випромінюванню можлива.

Сама демонстрація, власне, вдалася апарату майже одразу: за кілька тижнів після виведення на орбіту IKAROS успішно розгорнув своє вітрило і перейшов на міжпланетну траєкторію, ставши першим підтвердженням працездатності цієї технології. Надалі, як розраховувала команда JAXA, апарат мав ще пів року збирати дані про міжпланетний простір і про свій політ.

Утім, IKAROS не лише успішно виконав основну частину місії, а й перетворився на довготривалий випробувальний стенд для нової технології — сонячного вітрила, що забезпечувало рух завдяки самому лише тиску світла.

Як Сонце замінило апарату двигун?

Ідея використовувати сонячне світло як рушійну силу з’явилася задовго до запуску IKAROS — ще у середині XX століття. Її суть у тому, що фотони, які летять від Сонця, мають імпульс, і під час зіткнення з поверхнею — навіть дуже тонкою — створюють тиск. На відстані в одну астрономічну одиницю від світила (середня відстань між Землею та Сонцем) цей тиск складає близько 10 мікропаскалів, чого у космосі, де немає тертя й опору, достатньо, щоб створити постійне прискорення.

Теоретично такий метод, хоч і дуже повільно, зможе забезпечити політ і за межі Сонячної системи внаслідок лише сили світла, без потреби у двигунах і паливних баках, які обмежують космічні апарати сьогодні. Але щоб перевірити цю концепцію в дії, потрібно було створити вітрило, яке б не просто ловило світло — а ще й витримувало умови відкритого космосу.

Яке вітрило було в IKAROS?

315-кілограмовий IKAROS оснастили квадратним вітрилом площею у 200 квадратних метрів, виготовленим з ультратонкої полімерної мембрани товщиною лише 7,5 мікрометра. Кожен квадратний метр вітрила важив лише десять грамів, тож попри розміри його загальна маса склала всього два кілограми. Розгортання вітрила також не вимагало складної та важкої конструкції: поки IKAROS обертався навколо своєї осі, чотири трикутні пелюстки вітрила симетрично розгорталися. Це розгортання зафіксували дві крихітні викидні камери DCAM1 і DCAM2, що стало ключовим візуальним підтвердженням успіху місії.

На поверхні вітрила розмістили 80 сегментів із рідкокристалічними панелями, які могли змінювати свою відбивну здатність — це дозволяло змінювати орієнтацію апарата в просторі без використання двигунів. Панелі змінювали напрямок відбиття світла або частково його поглинали, тим самим змінюючи розподіл тиску сонячного випромінювання на різні частини вітрила, що і забезпечувало контроль над положенням IKAROS.

Також вітрило вкрили 128 тонкоплівковими сонячними елементами, які перетворювали світло на електроенергію і забезпечували живлення для усіх бортових систем. Це, зокрема, невелика платформа для навігації, сонячні сенсори, гіроскопи, система керування положенням, а також прилади для вимірювання параметрів сонячного вітру й поведінки самого вітрила.

Що робив IKAROS весь цей час?

Основну частину місії IKAROS виконав ще у 2011 році — апарат успішно продемонстрував, що сонячне вітрило можна не лише розгорнути, а й використовувати для стабільного орієнтування, маневрування та підтримання міжпланетної траєкторії. Після завершення цієї демонстрації місія офіційно перейшла в пасивну фазу — апарат більше не виконував активних маневрів, але продовжував дрейфувати у міжпланетному просторі, надсилаючи сигнали щоразу, коли його орбіта наближалася до Землі. Таке спілкування команді місії IKAROS і вдавалося підтримувати до 2015 року.

Надалі JAXA більше не отримувала від нього стабільних сигналів, але час від часу здійснювала спроби встановити зв’язок, коли траєкторія IKAROS наближалася до Землі. Ці спроби були нерегулярними та радше моніторинговими — команда науковців перевіряла, чи ще функціонують системи зв’язку або живлення. Так тривало до 15 травня 2025 року, коли остання спроба зв’язку не дала результату й місію IKAROS визнали завершеною.

Такий довгий термін роботи — майже 15 років — для невеликого апарата без двигуна став справжнім досягненням. Здебільшого цьому посприяла проста та надійна конструкція, уникнення зіткнень, а також якісна теплова ізоляція, яка захищала від екстремальних температур. Крім того, ресурс IKAROS подовжив спрощений пасивний режим, у якому він мав змогу відгукуватися на запити зв'язку команди, хоч інші прилади на ньому вже не функціонували.

Чого навчила нас ця місія?

Досвід IKAROS продемонстрував на практиці, що сонячне вітрило може забезпечити керований міжпланетний політ — без двигуна, без палива, лише завдяки тиску світла. Ці результати стали важливим технічним і науковим фундаментом для інших проєктів. Наприклад, американські апарати із сонячним вітрилом LightSail 2 та NanoSail-D2, що працювали у навколоземному просторі. А також технологія використання сонячного тиску для руху використовуватиметься у майбутній місії DESTINY+, що пролітатиме поблизу активного астероїда (3200) Фаетон.