100 граммов, полметра парус, 0 топлива — студенты создали космический корабль на солнечном свете

Студенты Корнеллского университета провели эксперимент, который раньше существовал лишь в теории и отдельных демонстрациях. Их команда вывела на орбиту первый в мире свободно летающий солнечный парус. Аппарат под названием Alpha CubeSat развернули 13 января с борта Международной космической станции. Он оказался не только уникальным по конструкции, но и рекордно компактным: вся система вместе с управляющей электроникой весит около 100 г.

Солнечные паруса давно привлекают внимание инженеров как альтернатива двигателям на топливе. Такой аппарат движется за счет давления солнечного света. Фотоны, отражаясь от зеркальной поверхности, передают ей крошечный импульс. По отдельности он почти незаметен, но со временем эти толчки накапливаются и позволяют менять скорость и траекторию полета. В будущем подобные технологии могут пригодиться для отправки небольших зондов далеко за пределы Солнечной системы.

Проект Alpha CubeSat разработали участники студии Space Systems Design Studio при Корнеллский университет в рамках образовательной программы NASA, поддерживающей студенческие миссии малых спутников. Формат CubeSat с его минимальной массой и сравнительно простой архитектурой хорошо подходит для экспериментов, где важен каждый грамм и каждый миллиметр.

Спутник спроектировали так, чтобы он мог хранить парус в сложенном виде и автоматически раскрывать его уже на орбите. После развертывания аппарат начинает двигаться исключительно за счет давления света, а не солнечного ветра. Подобный принцип уже проверяли в космосе в миссии LightSail 2 в 2019 году, однако тогда парус оставался связан с основным аппаратом.

Студенты Корнелла пошли дальше и сделали систему полностью автономной. Для паруса выбрали тонкий поликарбонат с ретроотражающим покрытием, а механизм раскрытия реализовали с помощью подпружиненной защелки на створке отсека. Это решение позволило раскрывать конструкцию почти мгновенно. Для сравнения, у более крупных солнечных парусов этот процесс может растягиваться на минуты и даже часы.

После раскрытия парус отделяется от CubeSat и продолжает полет самостоятельно. Его размер составляет около полуметра, толщина материала — всего 0,04 мм. Управление и связь обеспечивают крошечные ChipSat-компьютеры, закрепленные прямо на полотне. Такая схема позволила довести массу и габариты до минимума.

Развертывание прошло с борта Международной космической станции. Астронавты использовали роботизированный манипулятор, чтобы выпустить аппарат в открытый космос. После установления связи команда на Земле передала команду на открытие отсека, и парус вышел в рабочее положение.

Миссия рассчитана всего на пару дней, но даже за это время можно собрать важные данные о поведении свободно летающего солнечного паруса. Для участников проекта это редкая возможность увидеть результат своей работы в космосе, а для отрасли — еще один шаг к технологиям, где движение обеспечивается не топливом, а светом.