Una vela solar difractiva , o vela de luz difractiva , es un tipo de vela solar que se basa en la difracción en lugar de la reflexión para su propulsión . [1] [2] Los diseños de velas difractivas actuales utilizan películas delgadas de metamateriales , que contienen rejillas de tamaño micrométrico basadas en estructuras refractivas de polarización o sublongitud de onda, lo que hace que la luz se disperse (es decir, se difracte) y, por lo tanto, ejerza presión de radiación cuando pasa a través de ellas. [2] [3]
La idea de utilizar la difracción para una vela solar fue propuesta por primera vez en 2017 por investigadores del Instituto de Tecnología de Rochester . [4] Esto fue posible en parte gracias a los avances en el diseño y fabricación de materiales (en particular de rejillas) y el control optoelectrónico . [5] En 2019, un proyecto de vela solar difractiva del Instituto de Tecnología de Rochester sugirió una misión de órbita polar solar con velas difractivas que podrían alcanzar un ángulo de inclinación solar mayor y un radio orbital menor que una con velas reflectantes, llegando a la fase II del NIAC de la NASA . [1] [2] [6] En 2022, el proyecto NIAC alcanzó la fase III y obtuvo 2 millones de dólares de apoyo de la NASA, con la participación de investigadores tanto de la Universidad Johns Hopkins como del Instituto de Tecnología de Rochester. [7] [8]
Los diseños de velas solares reflectantes tienden a consistir en láminas reflectantes grandes y delgadas. Según la ley de reflexión , las fuerzas que actúan sobre ellas siempre serán normales a la superficie de la lámina; por lo tanto, las láminas deben inclinarse durante la navegación, lo que plantea desafíos de estructura y control, y reduce la potencia que llega a la vela. [2] [5] [7] Esto, a su vez, puede reducir la confiabilidad, aumentar la masa y reducir la aceleración. [2] Además, las velas reflectantes tienden a absorber una proporción razonable de la luz que las golpea, lo que hace que se calienten; esto puede causar problemas estructurales, particularmente cuando la vela se calienta repetidamente y luego se deja enfriar. [5] Además, cada fotón que golpea la vela se usa una vez, es decir, se refleja o se absorbe. [5]
Por otro lado, en una vela difractiva la rejilla puede redirigir la luz incluso cuando la lámina mira directamente al sol, lo que permite un control mucho más eficiente con la máxima potencia que llega a la vela. [5] [2] La película difractiva se puede diseñar para permitir el control optoelectrónico de las rejillas, reduciendo así la masa y aumentando la confiabilidad en relación con el control mecánico . [2] Dado que la película es translúcida, la mayor parte de la luz simplemente pasa a través de la vela, lo que reduce el calentamiento general. [5] Los fotones se pueden reutilizar: ya sea pasando a través de una segunda rejilla de difracción para obtener más empuje, o yendo a una célula solar para proporcionar electricidad . [8]