Специалисты Научно-исследовательской лаборатории электроники университета Хельсинки разработали конструкцию и технологию развертывания космического электрического паруса (ESAIL), радиусом 1 километр, который, взаимодействуя с заряженными частицами солнечного ветра, обеспечил бы постоянное ускорение космического аппарата, отправляющегося в долгое и дальнее путешествие в глубины космоса.

Отмечу, что электрический парус ESAIL не имеет ничего общего и работает на совершенно иных принципах, нежели традиционный солнечный парус, вырабатывающий тягу за счет энергии падающих на него фотонов света. По сравнению с другими методами, такими как использование ионных двигателей, электрический парус может вырабатывать большую тягу по отношению к собственной массе и потребляемой энергии. И так как космический аппарат с парусом ESAIL практически не потребляет топливо, он может передвигаться в космосе неограниченное время.

Конструкция электрического солнечного паруса ESAIL была разработана доктором Пеккой Дженхуненом (Dr. Pekka Janhunen) из финского Космического центра Kumpula в 2006 году. Парус состоит из длинных и тонких, 25-50 микрон, алюминиевых проводников, формирующих «лучи» паруса. В максимальной конфигурации парус ESAIL может состоять из 100 лучей, а длина каждого из них будет равна 20 километрам. Во время предыдущих попыток создания такого паруса оказалось, что современные технологии не позволяют надежно сварить между собой столь длинные и тонкие провода, но новая технология, разработанная финскими учеными, позволяет без больших проблем сваривать тонкие алюминиевые провода с помощью ультразвука. А это, в свою очередь, уже позволяет задумываться о развертывании полномасштабных испытаний подобных парусов.

Электрическое поле достаточной напряженности будет простираться от лучей паруса в пространство на расстояние 100 метров. Заряженные частицы плазмы солнечного ветра, летящие с огромной скоростью, будут сталкиваться с электрическим полем паруса, отталкиваясь от него, как два магнита, развернутые друг к другу одинаковыми полюсами. Это взаимодействие создаст импульс силы, который будет разгонять космический корабль. На космическом корабле будет установлен источник электрической энергии с высоким выходным напряжением и электронная пушка, с помощью которой на лучах паруса будет создаваться и поддерживаться положительный электрический потенциал. Развернутые лучи паруса будут удерживаться расправленными в космосе за счет центробежных сил, создаваемых вращением всей конструкции вокруг своей оси.

Согласно данным финских исследователей, космический корабль, весом в 1 тонну и с парусом из 100 лучей длиной 20 километров, за счет солнечного ветра получит ускорение в 1 миллиметр на секунду в квадрате. Такое ускорение в течение года разгонит космический корабль до скорости в 30 км/с, которая будет расти и дальше.

Единственный металлический проводник не может выступать в качестве луча паруса ESAIL из-за того, что любой «подарок из космоса» в виде микрометеорита может укоротить его. Поэтому наилучшим вариантом являются несколько параллельных микропроводников, находящихся на расстоянии одного сантиметра друг от друга и сваренных между собой перпендикулярными перемычками. Такой подход позволит сохранить в целостности конструкцию луча паруса при попадании микрометеоритов, которые смогут повредить один или два проводника из связки.

Тончайший провод для изготовления лучей паруса ESAIL производится и сваривается на месте по мере расправления паруса с помощью компьютеризированного высокоточного механического приспособления. Это устройство, объединенное с модифицированным промышленным устройством ультразвуковой высокоточной сварки, и является той технологией, разработанной исследователями лаборатории университета Хельсинки, которая позволит развернуть солнечные электрические паруса ESAIL в космосе в самом ближайшем будущем.

Сила тяги, которую сможет обеспечить парус ESAIL, была только рассчитана в теории, ее значение еще пока никто не проверял на практике. Первым практическим воплощением идеи паруса ESAIL будет эстонский микроспутник ESTCube-1, который будет запущен в космос в марте 2013 года. Спутник ESTCube-1 раскинет в космосе лучи паруса ESAIL длиной 1.5 метра, что позволит провести первые реальные измерения сил, действующих на парус и космический аппарат. Следующим этапом реализации программы ESAIL станет наноспутник Aalto-1 университета Аальто (Aalto University), который будет запущен в 2014 году и который развернет парус с радиусом уже в 100 метров.

Европейский Союз является организацией обеспечивающей большую часть финансовой поддержки проекта ESAIL. Вклад Европейского Союза в этот проект составляет 1.7 миллиона евро.