Արևային առագաստներ. ինչպես ճամփորդել տիեզերքում առանց վառելիքի

Տիեզերանավերը սովորաբար արագանում են շարժիչի օգնությամբ, իսկ շարժիչը վառելիք է պահանջում։  Որքան հեռու և բարդ է թռիչքը, այնքան շատ վառելիք է պետք վերցնել հետը, և այնքան ավելի ծանր է դառնում ինքը՝ տիեզերանավը: Բայց գոյություն ունի շարժման մեկ այլ եղանակ, որի դեպքում վառելիքն ընդհանրապես չի ծախսվում: 

Լույսի օգտագործման սկզբունքով են աշխատում արևային առագաստները՝ հսկայական և արտակարգ թեթև անդրադարձնող մակերևույթ ունեցող սարքները, որոնք ստանում են փոքր, բայց մշտական հրող ուժ արևային ճառագայթումից: Գաղափարը գրեթե ֆանտաստիկ է թվում: Այնուամենայնիվ, դրա հիմքում ընկած է սովորական ֆիզիկան. լույսն ընդունակ է իմպուլս փոխանցել այն առարկաներին, որոնց վրա ընկնում է: Իսկ եթե մակերևույթն անդրադարձնում է լույսը, էֆեկտն ավելի է ուժեղանում:

Solar Sailing – Mission Opportunities and Innovative Technology Demonstration հետազոտության հեղինակները դիտարկում են արևային առագաստը որպես շարժիչ, որը ստանում է իմպուլս ֆոտոններից և այդ պատճառով աշխատանքային նյութի պաշարի կարիք չունի:

Լույսն իսկապես կարող է հրել տիեզերանավը

Յուրաքանչյուր առանձին ֆոտոն մակերևույթին փոխանցում է չնչին իմպուլս: Այնքան փոքր, որ առօրյա կյանքում լույսի ճնշումը մենք պարզապես չենք նկատում: Բայց տիեզերքում իրավիճակը փոխվում է:

Եթե պատրաստվի հարյուրավոր կամ հազարավոր քառակուսի մետր մակերեսով անդրադարձնող մակերևույթ և միևնույն ժամանակ այն դարձվի արտակարգ թեթև, միլիարդավոր միլիարդավոր ֆոտոնների ազդեցությունը սկսում է ստեղծել լիովին իրական քարշուժ:

Ուստի արևային առագաստը պետք է օժտված լինի առաջին հայացքից վատ համատեղելի երկու հատկությամբ՝ լինի հսկայական և գրեթե անկշիռ: ESA-ի հետազոտության մեջ դիտարկվում են կառուցվածքներ, որոնց զանգվածը ընդամենը տասնյակ գրամներ է մեկ քառակուսի մետրի հաշվարկով: Բուն առագաստը իրենից ներկայացնում է անդրադարձնող ծածկույթով ամենաբարակ թաղանթ:

Ընդ որում, անդրադարձումն այստեղ սկզբունքորեն կարևոր է: Եթե ֆոտոնը պարզապես կլանվում է մակերևույթի կողմից, այն փոխանցում է իր իմպուլսը: Իսկ եթե լույսն անդրադառնում է հետ, իմպուլսի փոփոխությունն ավելի մեծ է ստացվում: Գրեթե կատարյալ անդրադարձիչի համար փոխանցվող իմպուլսը կարող է մոտենալ կրկնապատկված արժեքին՝ կլանման համեմատությամբ:

Ստացվում է յուրօրինակ տիեզերական առագաստանավ: Միայն թե սովորական առագաստը որսում է քամին, իսկ արևայինը՝ Արեգակի լույսի հոսքը:

Եթե քարշուժն այդքան թույլ է, ո՞րն է դրա օգուտը

Առաջին հայացքից՝ ոչ մեծ: Հետազոտության մեջ դիտարկվում են 0,1–1 մմ/վ² կարգի բնութագրական արագացումներ: Սա անհամեմատելի է հրթիռային շարժիչի հզորության հետ:

Բայց արևային առագաստն ունի սկզբունքային առավելություն. հրթիռն աշխատում է րոպեներ կամ ժամեր, մինչև վառելիքի սպառվելը: Լույսը ճնշում է առագաստի վրա մշտապես: Վայրկյան առ վայրկյան: Օրեցօր: Ամսեամիս:

Ուստի փոքր արագացումն աստիճանաբար կուտակվում է: Հենց վառելիք ծախսելու անհրաժեշտության բացակայությունն է թույլ տալիս դիտարկել արևային առագաստները մանևրների համար, որոնք սովորական սարքի համար կպահանջեին վառելիքի հսկայական պաշար:

Առագաստը կարելի է վարել

Արևային առագաստը չի սահմանափակվում տիեզերանավը Արեգակից հեռու հրելով: Փոխելով առագաստի անկյունը արևային ճառագայթների նկատմամբ՝ կարելի է փոխել առաջացող ուժի ուղղությունը: Այդպիսով տիեզերանավն ընդունակ է փոխել իր ուղեծրային մոմենտը և աստիճանաբար անցնել այլ ուղեծրեր, այդ թվում՝ շարժվել ոչ միայն Արեգակից դեպի դուրս, այլև պարուրաձև դեպի Արեգակնային համակարգի ներսը:

Ըստ էության, շարժիչը միացնելու փոխարեն տիեզերանավը փոխում է իր հսկայական հայելու կողմնորոշումը: Հենց դա էլ արևի լույսի ճնշումը ֆիզիկական էֆեկտից վերածում է տիեզերական քարշուժի համակարգի:

Ինչի համար են անհրաժեշտ արևային առագաստները

Գլխավոր պատճառը պարզապես վառելիքի տնտեսումը չէ: Արևային առագաստը թույլ կտաս կատարել այնպիսի մանևրներ, որոնք ավանդական սարքի համար չափազանց թանկ կամ գրեթե անհնար են ստացվում: Հետազոտության մեջ բերվում է ցուցադրական օրինակ՝ Երկրի մագնիսական պոչն ուսումնասիրող տիեզերանավը:

Այդ պոչը մշտապես կողմնորոշված է Երկիր-Արեգակ ուղղության նկատմամբ: Ձգված ուղեծրով սովորական արբանյակը դիտարկումների համար հարմար դիրքում է հայտնվում տարվա միայն մի մասում: Դրա ուղեծիրը մագնիսական պոչին հետևելով մշտապես շրջելու համար կպահանջվեր արագության փոփոխություն տարեկան մոտ 3,2 կմ/վ չափով, ինչը վառելիքի տեսանկյունից չափազանց թանկ է:

Արևային առագաստը կարող է անընդհատ ստեղծել փոքր ազդեցություն: Հեղինակների հաշվարկները ցույց են տվել, որ ուղեծրի նման փոփոխության համար բավական է մոտ 0,14 մմ/վ² մշտական արագացումը: Այսինքն՝ արևային առագաստի թուլությունը անսպասելիորեն դառնում է նրա առավելությունը. այնտեղ, որտեղ պահանջվում է ոչ թե հզոր կարճատև իմպուլս, այլ շատ երկարատև ու անընդհատ ազդեցություն, այն հատկապես արդյունավետ է ստացվում:

Դեպի Մերկուրի՝ արևային առագաստներով

Էլ ավելի հետաքրքիր են դեպի Մերկուրի թռիչքի հաշվարկները: Հեղինակները համեմատել են առաքելության ավանդական սխեման այն տարբերակի հետ, որտեղ տեղափոխումն ապահովում է արևային առագաստը:

Նրանց հաշվարկած սցենարի համար դեպի Մերկուրի թռիչքը տևում էր մոտ 2,4 տարի՝ 0,3 մմ/վ² կարգի բնութագրական արագացման դեպքում: Ընդ որում, չէին պահանջվում ձգողական մանևրներ այլ մոլորակների մոտ, ինչը նշանակում է, որ վերանում էր նաև խիստ կախվածությունը մոլորակային հարմար կոնֆիգուրացիաներից և դրանց հետ կապված մեկնարկային պատուհաններից:

Բայց հատկապես ցուցադրական է զանգվածը: Հեղինակների բերած համեմատության մեջ արևային առագաստով առաքելության տարբերակն ուներ 872 կգ հաշվարկային մեկնարկային զանգված, մինչդեռ էլեկտրառեակտիվ և քիմիական շարժիչային համակարգով համեմատվող կոնֆիգուրացիան՝ 2272 կգ:

Պատճառը պարզ է. սովորական տիեզերանավը ստիպված է իր հետ տանել ոչ միայն գիտական գործիքներ, այլև շարժիչներ, բաքեր և հարյուրավոր կիլոգրամներով աշխատանքային նյութ: Արևային առագաստը վառելիքի փոխարեն տանում է մեծ, բարակ անդրադարձնող մակերևույթ:

Կարելի է հասնել այնտեղ, որտեղ սովորական տիեզերանավը մեծ դժվարությամբ կաշխատեր

Հետազոտության մեջ դիտարկվում է նաև էլ ավելի արտասովոր հնարավորություն՝ մոտենալ Արեգակին և այնուհետև փոխել ուղեծրի թեքությունը այնպես, որ դիտարկվեն նրա բևեռային շրջանները:

Հեղինակների առաջարկած սարքը կարող էր աստիճանաբար իջնել մինչև Արեգակից մոտ 0,172 աստղագիտական միավոր հեռավորության վրա, իսկ հետո անցնել արևային բևեռային ուղեծրի: Նման առաքելության համար հաշվարկային քառակուսի առագաստը ստացվում էր իսկապես հսկայական՝ մոտ 167 × 167 մետր:

Մակերեսով գրեթե երեք ֆուտբոլային դաշտ, և այս ամենը պետք է լինի ամենաբարակ, արտակարգ թեթև կառուցվածք, որը նախ անհրաժեշտ է ծալել արձակման համար, իսկ հետո անսխալ բացել տիեզերքում:

Հենց այդ պատճառով արևային առագաստների հիմնական խնդիրն այսօր բուն ֆիզիկայի մեջ չէ: Այն վաղուց հասկանալի է: Խնդիրը ինժեներիայի մեջ է:

Գլխավոր բարդությունը հսկայական առագաստ կառուցելն է, որը գրեթե ոչինչ չի կշռում

Որքան մեծ է առագաստի մակերեսը և փոքր է նրա զանգվածը, այնքան ավելի արդյունավետ է տիեզերանավն օգտագործում արևի լույսը: Բայց հսկայական թաղանթը անհրաժեշտ է փաթեթավորել հրթիռի փոքր ծավալում, հասցնել տիեզերք, բացել, ձգել և այնուհետև ճշգրիտ կողմնորոշել:

ESA-ի նկարագրած ցուցադրիչում, օրինակ, ծալված վիճակում կառուցվածքը պետք է զբաղեցներ ընդամենը մոտ 60 × 60 × 80 սմ ծավալ, որից հետո չորս երկար ձողեր բացում էին չորս սեկցիաները՝ ձևավորելով 20 × 20 մետր չափսերով քառակուսի առագաստ: Որքան խոշոր է առագաստը, այնքան ավելի բարդ է այդ խնդիրը: Անհրաժեշտ է միաժամանակ լուծել ամենաբարակ թաղանթի ամրության, զանգվածի, ղեկավարման, ջերմաստիճանային ծանրաբեռնվածության և երկարակեցության խնդիրները:

Տիեզերանավ, որին պետք չէ վերալիցքավորվել

Արևային առագաստը չի փոխարինի հրթիռին Երկրից մեկնարկելիս: Այն ընդունակ չէ բարձրացնել տիեզերանավը մոլորակի մակերևույթից և չի տալիս հսկայական ակնթարթային քարշուժ: Դրա առավելությունը դրսևորվում է արդեն տիեզերքում: Այնտեղ լույսի գրեթե աննկատելի ճնշումը կարելի է վերածել շարժիչի, որն ընդունակ է աշխատել ամիսներով և տարիներով՝ առանց վառելիք ծախսելու:

Սա փոխում է տիեզերական թռիչքի բուն տրամաբանությունը: «Վերցրեցինք վառելիքը – արագացանք – ծախսեցինք վառելիքը» սխեմայի փոխարեն հայտնվում է մեկ ուրիշը՝ «բացեցինք առագաստը – և թույլ տվեցինք Արեգակին աստիճանաբար փոխել տիեզերանավի հետագիծը»:

Ուստի արևային առագաստը հետաքրքիր է ոչ թե որպես էկզոտիկ փոխարինիչ սովորական շարժիչին, այլ որպես գործիք բոլորովին այլ դասի առաքելությունների համար՝ տևական թռիչքների, ուղեծրերի անընդհատ փոփոխման և տիեզերական տարածության այնպիսի շրջաններ հասնելու համար, ուր ավանդական եղանակով հասնելը չափազանց թանկ է:

Ինչպես եզրակացնում են հետազոտության հեղինակները, հենց առանց աշխատանքային նյութի ծախսման արագության գրեթե անսահմանափակ գումարային աճ ստանալու հնարավորությունն է արևային առագաստները պոտենցիալ ընդունակ դարձնում ոչ միայն բարելավելու գոյություն ունեցող տիեզերական առաքելությունները, այլև հնարավոր դարձնելու որոշ սկզբունքորեն նոր առաքելություններ:

Հետևեք NEWS.am Tech-ին Facebook-ում և Twitter-ում