Las velas solares (también conocidas como velas de luz , velas ligeras y velas de fotones ) son un método de propulsión de naves espaciales que utiliza la presión de radiación ejercida por la luz solar sobre grandes superficies. Desde la década de 1980 se han propuesto varias misiones de vuelos espaciales para probar la propulsión y la navegación solares. La primera nave espacial que utilizó esta tecnología fue IKAROS , lanzada en 2010.
Una analogía útil con la navegación solar puede ser la de un barco de vela; la luz que ejerce una fuerza sobre la gran superficie es similar a una vela impulsada por el viento. Los rayos láser de alta energía podrían usarse como fuente de luz alternativa para ejercer una fuerza mucho mayor que la que sería posible usando la luz solar, un concepto conocido como navegación por rayos. Las embarcaciones de vela solar ofrecen la posibilidad de realizar operaciones de bajo coste combinadas con altas velocidades (en relación con los cohetes químicos ) y una larga vida útil. Dado que tienen pocas piezas móviles y no utilizan propulsor, pueden utilizarse en numerosas ocasiones para la entrega de cargas útiles.
Las velas solares utilizan un fenómeno que tiene un efecto medido y demostrado en la astrodinámica . La presión solar afecta a todas las naves espaciales, ya sea en el espacio interplanetario o en órbita alrededor de un planeta o cuerpo pequeño. Una nave espacial típica que vaya a Marte, por ejemplo, será desplazada miles de kilómetros por la presión solar, por lo que los efectos deben tenerse en cuenta en la planificación de la trayectoria, que se ha hecho desde la época de las primeras naves espaciales interplanetarias en la década de 1960. La presión solar también afecta la orientación de una nave espacial, un factor que debe incluirse en el diseño de la nave espacial . [1]
La fuerza total ejercida sobre una vela solar de 800 por 800 metros (2600 por 2600 pies), por ejemplo, es de aproximadamente 5 N (1,1 lbf ) a la distancia de la Tierra del Sol, [2] lo que lo convierte en un sistema de propulsión de bajo empuje , similar a las naves espaciales propulsadas por motores eléctricos , pero como no utiliza propulsor, esa fuerza se ejerce casi constantemente y el efecto colectivo a lo largo del tiempo es lo suficientemente grande como para considerarse una forma potencial de propulsar naves espaciales.
Johannes Kepler observó que las colas de los cometas apuntan en dirección opuesta al Sol y sugirió que el Sol causaba el efecto. En una carta a Galileo en 1610, escribió: "Proporcionen barcos o velas adaptadas a las brisas celestiales, y habrá algunos que desafiarán incluso ese vacío". [3] Podría haber tenido en mente el fenómeno de la cola de los cometas cuando escribió esas palabras, aunque sus publicaciones sobre las colas de los cometas se produjeron varios años después. [4]
James Clerk Maxwell , en 1861-1864, publicó su teoría de los campos electromagnéticos y la radiación, que muestra que la luz tiene impulso y, por tanto, puede ejercer presión sobre los objetos. Las ecuaciones de Maxwell proporcionan la base teórica para navegar con poca presión. Entonces, en 1864, la comunidad física y más allá sabían que la luz solar tenía un impulso que ejercería presión sobre los objetos.
Julio Verne , en De la Tierra a la Luna , [5] publicado en 1865, escribió "algún día aparecerán velocidades mucho mayores que éstas [de los planetas y del proyectil], de las cuales la luz o la electricidad serán probablemente el agente mecánico". ... algún día viajaremos a la luna, los planetas y las estrellas." [6] Este es posiblemente el primer reconocimiento publicado de que la luz podría mover barcos a través del espacio.
Piotr Lebedev fue el primero en demostrar con éxito la presión ligera, lo que hizo en 1899 con una balanza de torsión; [7] Ernest Nichols y Gordon Hull llevaron a cabo un experimento independiente similar en 1901 utilizando un radiómetro de Nichols . [8]
Svante Arrhenius predijo en 1908 la posibilidad de que la presión de la radiación solar distribuyera esporas de vida a través de distancias interestelares, proporcionando un medio para explicar el concepto de panspermia . Al parecer, fue el primer científico en afirmar que la luz podía mover objetos entre las estrellas. [9]
Konstantin Tsiolkovsky propuso por primera vez utilizar la presión de la luz solar para impulsar naves espaciales a través del espacio y sugirió "usar tremendos espejos de láminas muy delgadas para utilizar la presión de la luz solar para alcanzar velocidades cósmicas". [10]
Friedrich Zander (Tsander) publicó un artículo técnico en 1925 que incluía un análisis técnico de la navegación solar. Zander escribió sobre "aplicar pequeñas fuerzas" utilizando "presión ligera o transmisión de energía luminosa a distancias por medio de espejos muy delgados". [11]
JBS Haldane especuló en 1927 sobre la invención de naves espaciales tubulares que llevarían a la humanidad al espacio y cómo "alas de láminas metálicas de un kilómetro cuadrado o más de superficie se extienden para captar la presión de la radiación del Sol". [12]
JD Bernal escribió en 1929: "Se podría desarrollar una forma de navegación espacial que utilizara el efecto repulsivo de los rayos del sol en lugar del viento. Una nave espacial que extendiera sus grandes alas metálicas, de acres de extensión, al máximo, podría volar hasta el límite de la órbita de Neptuno. Luego, para aumentar su velocidad , viraría, de cerca, hacia el campo gravitacional, desplegando toda su vela nuevamente mientras pasaba junto al Sol. [13]
Arthur C. Clarke escribió Sunjammer , un cuento de ciencia ficción publicado originalmente en la edición de marzo de 1964 de Boys' Life [14] que representa una carrera de yates entre naves espaciales de vela solar.
Carl Sagan , en la década de 1970, popularizó la idea de navegar sobre la luz utilizando una estructura gigante que reflejaría fotones en una dirección, creando impulso. Planteó sus ideas en conferencias universitarias, libros y programas de televisión. Estaba obsesionado con lanzar rápidamente esta nave espacial a tiempo para realizar un encuentro con el cometa Halley . Desafortunadamente, la misión no se llevó a cabo a tiempo y él nunca viviría para finalmente llevarla a cabo. [15]
El primer esfuerzo formal de tecnología y diseño para una vela solar comenzó en 1976 en el Jet Propulsion Laboratory para una misión propuesta para encontrarse con el cometa Halley . [2]
La mayoría de las velas solares se basan en la reflexión . [16] La superficie de la vela es muy reflectante, como un espejo , y la luz que se refleja en la superficie imparte una fuerza.
En 2018, se propuso la difracción como un mecanismo diferente de propulsión de velas solares, que se afirma que tiene varias ventajas. [17] [18]
Pekka Janhunen del FMI ha propuesto un tipo de vela solar llamada vela eólica solar eléctrica . [19] Mecánicamente tiene poco en común con el diseño tradicional de vela solar. Las velas se reemplazan con ataduras (cables) conductores enderezados colocados radialmente alrededor del barco anfitrión. Los cables están cargados eléctricamente para crear un campo eléctrico alrededor de los cables. El campo eléctrico se extiende unas pocas decenas de metros dentro del plasma del viento solar circundante. Los electrones solares son reflejados por el campo eléctrico (como los fotones de una vela solar tradicional). El radio de la vela proviene del campo eléctrico y no del propio cable, lo que hace que la vela sea más ligera. La nave también se puede dirigir regulando la carga eléctrica de los cables. Una vela eléctrica práctica tendría entre 50 y 100 alambres enderezados con una longitud de unos 20 km cada uno. [20]
Las velas eólicas solares eléctricas pueden ajustar sus campos electrostáticos y la actitud de la vela.
Una vela magnética también emplearía el viento solar. Sin embargo, el campo magnético desvía las partículas cargadas eléctricamente en el viento. Utiliza bucles de cables y pasa una corriente estática a través de ellos en lugar de aplicar un voltaje estático. [21]
Todos estos diseños maniobran, aunque los mecanismos son diferentes.
Las velas magnéticas doblan el camino de los protones cargados que se encuentran en el viento solar . Al cambiar la actitud de las velas y el tamaño de los campos magnéticos, pueden cambiar la cantidad y dirección del empuje.
La fuerza impartida a una vela solar surge del impulso de los fotones. El impulso de un fotón o de un flujo completo viene dado por la relación de Einstein : [22] [23]
donde p es el momento, E es la energía (del fotón o flujo) y c es la velocidad de la luz . Específicamente, el impulso de un fotón depende de su longitud de onda p = h/λ
La presión de la radiación solar se puede relacionar con el valor de irradiancia ( constante solar ) de 1361 W/m 2 a 1 AU (distancia Tierra-Sol), revisado en 2011: [24]
Una vela ideal es plana y tiene un 100% de reflexión especular . Una vela real tendrá una eficiencia general de aproximadamente el 90 %, aproximadamente 8,17 μN/m 2 , [23] debido a la curvatura (ola), arrugas, absorbancia, re-radiación desde adelante y atrás, efectos no especulares y otros factores. .
La fuerza sobre una vela y la aceleración real de la nave varían por el cuadrado inverso de la distancia al Sol (a menos que esté extremadamente cerca del Sol [25] ), y por el cuadrado del coseno del ángulo entre el vector de fuerza de la vela y el radial del Sol, entonces
donde R es la distancia al Sol en AU. Una vela cuadrada real se puede modelar como:
Tenga en cuenta que la fuerza y la aceleración se aproximan a cero generalmente alrededor de θ = 60° en lugar de 90° como cabría esperar con una vela ideal. [26]
Si se absorbe parte de la energía, la energía absorbida calentará la vela, que reirradia esa energía desde las superficies delantera y trasera, dependiendo de la emisividad de esas dos superficies.
El viento solar , el flujo de partículas cargadas expulsadas por el Sol, ejerce una presión dinámica nominal de aproximadamente 3 a 4 nPa , tres órdenes de magnitud menor que la presión de la radiación solar sobre una vela reflectante. [27]
La carga de la vela (densidad superficial) es un parámetro importante, que es la masa total dividida por el área de la vela, expresada en g/m 2 . Está representado por la letra griega σ (sigma).
Una embarcación de vela tiene una aceleración característica, a c , que experimentaría a 1 AU cuando estuviera frente al Sol. Tenga en cuenta que este valor representa tanto el impulso incidente como el reflejado. Utilizando el valor anterior de 9,08 μN por metro cuadrado de presión de radiación a 1 AU, a c se relaciona con la densidad del área mediante:
Suponiendo una eficiencia del 90%, a c = 8,17 / σ mm/s 2
El número de ligereza, λ, es la relación adimensional de la aceleración máxima del vehículo dividida por la gravedad local del Sol. Usando los valores en 1 AU:
El número de luminosidad también es independiente de la distancia al Sol porque tanto la gravedad como la presión de la luz disminuyen como el cuadrado inverso de la distancia al Sol. Por lo tanto, este número define los tipos de maniobras orbitales que son posibles para una embarcación determinada.
La tabla presenta algunos valores de ejemplo. Las cargas útiles no están incluidas. Los dos primeros pertenecen al esfuerzo de diseño detallado del JPL en la década de 1970. El tercero, el velero de celosía, podría representar el mejor nivel de rendimiento posible. [2] Las dimensiones de las velas cuadradas y de celosía son aristas. La dimensión del heliogiro es de punta a punta de pala.
Un sistema de control de actitud activo (ACS) es esencial para que una embarcación de vela logre y mantenga la orientación deseada. La orientación requerida de la vela cambia lentamente (a menudo menos de 1 grado por día) en el espacio interplanetario, pero mucho más rápidamente en una órbita planetaria. El ACS debe ser capaz de cumplir con estos requisitos de orientación. El control de actitud se logra mediante un cambio relativo entre el centro de presión de la nave y su centro de masa . Esto se puede lograr con paletas de control, movimiento de velas individuales, movimiento de una masa de control o alteración de la reflectividad.
Mantener una actitud constante requiere que el ACS mantenga un par neto de cero en la nave. La fuerza y el par total sobre una vela, o un conjunto de velas, no es constante a lo largo de una trayectoria. La fuerza cambia con la distancia solar y el ángulo de la vela, lo que cambia el oleaje en la vela y desvía algunos elementos de la estructura de soporte, lo que resulta en cambios en la fuerza y el par de la vela.
La temperatura de la vela también cambia con la distancia solar y el ángulo de la vela, lo que cambia las dimensiones de la vela. El calor radiante de la vela cambia la temperatura de la estructura de soporte. Ambos factores afectan la fuerza total y el par.
Para mantener la actitud deseada, la ACS debe compensar todos estos cambios. [28]
En la órbita terrestre, la presión solar y la presión de arrastre suelen ser iguales a una altitud de unos 800 km, lo que significa que una embarcación a vela tendría que operar por encima de esa altitud. Las embarcaciones de vela deben operar en órbitas donde sus velocidades de giro sean compatibles con las órbitas, lo que generalmente es una preocupación sólo para las configuraciones de discos giratorios.
Las temperaturas de funcionamiento de la vela son función de la distancia solar, el ángulo de la vela, la reflectividad y las emisividades delantera y trasera. Una vela sólo puede utilizarse si su temperatura se mantiene dentro de los límites materiales. Generalmente, una vela se puede utilizar bastante cerca del Sol, alrededor de 0,25 AU, o incluso más cerca si se diseña cuidadosamente para esas condiciones. [2]
Las posibles aplicaciones de las embarcaciones de vela varían en todo el Sistema Solar , desde cerca del Sol hasta las nubes de cometas más allá de Neptuno. La embarcación puede realizar viajes de ida para entregar cargas o para ocupar una posición en el destino. Se pueden utilizar para transportar carga y posiblemente también para viajes humanos. [2]
Para viajes dentro del Sistema Solar interior, pueden entregar cargas útiles y luego regresar a la Tierra para viajes posteriores, operando como un transbordador interplanetario. Para Marte en particular, la nave podría proporcionar medios económicos para abastecer de forma rutinaria las operaciones en el planeta. Según Jerome Wright, "El coste de lanzar los propulsores convencionales necesarios desde la Tierra es enorme para las misiones tripuladas. El uso de barcos de vela podría ahorrar potencialmente más de 10 mil millones de dólares en costes de misión". [2]
Las naves de vela solar pueden acercarse al Sol para entregar cargas útiles de observación o adoptar órbitas de mantenimiento de estaciones. Pueden operar a 0,25 AU o menos. Pueden alcanzar inclinaciones orbitales elevadas, incluidas las polares.
Las velas solares pueden viajar hacia y desde todos los planetas interiores. Los viajes a Mercurio y Venus son para el encuentro y la entrada en órbita de la carga útil. Los viajes a Marte podrían ser de encuentro o de paso con liberación de la carga útil para un frenado aerodinámico . [2]
Los tiempos de transferencia mínimos a los planetas exteriores se benefician del uso de una transferencia indirecta (solar swing-by). Sin embargo, este método da como resultado altas velocidades de llegada. Las transferencias más lentas tienen velocidades de llegada más bajas.
El tiempo mínimo de transferencia a Júpiter para una velocidad de 1 mm/s 2 sin velocidad de salida con respecto a la Tierra es de 2 años cuando se utiliza una transferencia indirecta (giro solar). La velocidad de llegada ( V ∞ ) es cercana a los 17 km/s. Para Saturno, el tiempo mínimo de viaje es de 3,3 años, con una velocidad de llegada de casi 19 km/s. [2]
El punto de enfoque gravitacional interno del Sol se encuentra a una distancia mínima de 550 AU del Sol, y es el punto en el que la gravedad enfoca la luz de objetos distantes como resultado de su paso por el Sol. Éste es, por tanto, el punto distante en el que la gravedad solar hará que se enfoque la región del espacio profundo al otro lado del Sol, sirviendo así eficazmente como lente objetivo de un telescopio de gran tamaño. [29] [30]
Se ha propuesto que una vela inflada, hecha de berilio , que parte a 0,05 AU del Sol ganaría una aceleración inicial de 36,4 m/s 2 y alcanzaría una velocidad de 0,00264c (unos 950 km/s) en menos de un día. Esta proximidad al Sol podría resultar poco práctica a corto plazo debido a la degradación estructural del berilio a altas temperaturas, la difusión del hidrógeno a altas temperaturas y un gradiente electrostático generado por la ionización del berilio por el viento solar, lo que plantea un riesgo de estallido. Un perihelio revisado de 0,1 AU reduciría la temperatura y la exposición al flujo solar antes mencionadas. [31] Una vela de este tipo tardaría "dos años y medio en alcanzar la heliopausa , seis años y medio en alcanzar el foco gravitacional interno del Sol , con llegada a la Nube de Oort interior en no más de treinta años". [30] "Tal misión podría realizar observaciones astrofísicas útiles en ruta, explorar técnicas de enfoque gravitacional y obtener imágenes de objetos de la Nube de Oort mientras se exploran partículas y campos en esa región que son de origen galáctico en lugar de solar".
Robert L. Forward ha comentado que se podría utilizar una vela solar para modificar la órbita de un satélite alrededor de la Tierra. En el límite, se podría utilizar una vela para "hacer flotar" un satélite sobre un polo de la Tierra. Las naves espaciales equipadas con velas solares también podrían colocarse en órbitas cercanas, de modo que queden estacionarias con respecto al Sol o a la Tierra, un tipo de satélite al que Forward denomina " estatita ". Esto es posible porque la propulsión proporcionada por la vela compensa la atracción gravitacional del Sol. Una órbita de este tipo podría resultar útil para estudiar las propiedades del Sol durante períodos prolongados. [32] Del mismo modo, una nave espacial equipada con una vela solar también podría permanecer en una estación casi por encima del terminador solar polar de un planeta como la Tierra inclinando la vela en el ángulo apropiado necesario para contrarrestar la gravedad del planeta. [32]
En su libro The Case for Mars , Robert Zubrin señala que la luz solar reflejada por una gran estatita, colocada cerca del terminador polar del planeta Marte, podría enfocarse en uno de los casquetes polares marcianos para calentar significativamente la atmósfera del planeta. Una estatita de este tipo podría fabricarse a partir de material de asteroide.
Se ha propuesto un grupo de satélites diseñados para actuar como velas para medir el desequilibrio energético de la Tierra , que es la medida más fundamental de la tasa de calentamiento global del planeta . Acelerómetros de última generación a bordo medirían los cambios en la diferencia de presión entre la radiación solar entrante y la radiación térmica saliente en lados opuestos de cada satélite. Se ha proyectado que la precisión de las mediciones será mejor que la que se puede lograr con detectores radiométricos compactos . [33]
La sonda MESSENGER que orbita Mercurio utilizó una ligera presión sobre sus paneles solares para realizar correcciones precisas de trayectoria en el camino hacia Mercurio. [34] Al cambiar el ángulo de los paneles solares con respecto al Sol, se varió la cantidad de presión de radiación solar para ajustar la trayectoria de la nave espacial de manera más delicada de lo posible con los propulsores. Los errores menores se amplifican enormemente con las maniobras de asistencia gravitacional , por lo que el uso de presión de radiación para realizar correcciones muy pequeñas ahorró grandes cantidades de propulsor.
En la década de 1970, Robert Forward propuso dos esquemas de propulsión impulsados por haces que utilizaban láseres o máseres para impulsar velas gigantes a una fracción significativa de la velocidad de la luz . [35]
En la novela de ciencia ficción Rocheworld , Forward describió una vela ligera propulsada por superláseres. A medida que la nave se acercaba a su destino, la parte exterior de la vela se desprendería. La vela exterior luego se reenfocaría y reflejaría los láseres hacia una vela interior más pequeña. Esto proporcionaría empuje de frenado para detener la nave en el sistema estelar de destino.
Ambos métodos plantean desafíos de ingeniería monumentales. Los láseres tendrían que funcionar durante años de forma continua con una potencia de gigavatios . La solución de Forward a esto requiere la construcción de enormes conjuntos de paneles solares en el planeta Mercurio o cerca de él. Sería necesario ubicar un espejo del tamaño de un planeta o una lente de Fresnel a varias docenas de unidades astronómicas del Sol para mantener los láseres enfocados en la vela. La vela de frenado gigante tendría que actuar como un espejo de precisión para enfocar el haz de frenado en la vela de "desaceleración" interior.
Un enfoque potencialmente más sencillo sería utilizar un máser para impulsar una "vela solar" compuesta por una malla de cables con el mismo espaciado que la longitud de onda de las microondas dirigidas a la vela, ya que la manipulación de la radiación de microondas es algo más fácil que la manipulación. de luz visible. El hipotético diseño de la sonda interestelar " Starwisp " [36] [37] utilizaría microondas, en lugar de luz visible, para impulsarla. Los másers se propagan más rápidamente que los láseres ópticos debido a su longitud de onda más larga, por lo que no tendrían un alcance efectivo tan grande.
Los másers también podrían usarse para impulsar una vela solar pintada, una vela convencional recubierta con una capa de químicos diseñados para evaporarse cuando son impactados por la radiación de microondas. [38] El impulso generado por esta evaporación podría aumentar significativamente el empuje generado por las velas solares, como una forma de propulsión láser ablativa liviana .
Para concentrar aún más la energía en una vela solar distante, Forward propuso una lente diseñada como una gran placa zonal . Este se colocaría en un lugar entre el láser o máser y la nave espacial. [35]
Otro enfoque físicamente más realista sería utilizar la luz del Sol para acelerar la nave espacial. [39] La nave primero caería en una órbita haciendo un paso cercano al Sol, para maximizar la entrada de energía solar en la vela, luego comenzaría a acelerar alejándose del sistema usando la luz del Sol. La aceleración disminuirá aproximadamente como el inverso del cuadrado de la distancia al Sol, y más allá de cierta distancia, la nave ya no recibirá suficiente luz para acelerarla significativamente, pero mantendrá la velocidad final alcanzada. Al acercarse a la estrella objetivo, la nave podría girar sus velas hacia ella y comenzar a utilizar la presión hacia afuera de la estrella de destino para desacelerar. Los cohetes podrían aumentar el empuje solar.
Se sugirió un lanzamiento y captura de navegación solar similar para la panspermia dirigida para expandir la vida en otros sistemas solares. Se podrían obtener velocidades del 0,05% de la velocidad de la luz mediante velas solares con cargas útiles de 10 kg, utilizando vehículos de velas solares delgadas con densidades de área efectivas de 0,1 g/m 2 con velas delgadas de 0,1 μm de espesor y tamaños del orden de un kilómetro cuadrado. . Alternativamente, se podrían lanzar enjambres de cápsulas de 1 mm sobre velas solares con radios de 42 cm, cada una de las cuales transportaría 10.000 cápsulas de cien millones de microorganismos extremófilos para sembrar vida en diversos entornos objetivo. [40] [41]
Los estudios teóricos sugieren velocidades relativistas si la vela solar aprovecha una supernova. [42]
Se han propuesto pequeñas velas solares para acelerar la salida de órbita de pequeños satélites artificiales de las órbitas terrestres. Los satélites en órbita terrestre baja pueden utilizar una combinación de presión solar sobre la vela y una mayor resistencia atmosférica para acelerar la reentrada del satélite . [43] Una vela de órbita desarrollada en la Universidad de Cranfield es parte del satélite británico TechDemoSat-1, lanzado en 2014. La vela se desplegó al final de la vida útil de cinco años del satélite en mayo de 2019. [44] El propósito de la vela es sacar el satélite de órbita en un período de unos 25 años. [45] En julio de 2015, el CubeSat británico 3U llamado DeorbitSail fue lanzado al espacio con el propósito de probar una estructura de desorbitación de 16 m 2 , [46] pero finalmente no logró desplegarla. [47] Una misión estudiantil CubeSat 2U llamada PW-Sat2 , lanzada en diciembre de 2018 y probó una vela desorbitada de 4 m 2 . Desorbitó con éxito en febrero de 2021. [48] En junio de 2017, un segundo CubeSat británico 3U llamado InflateSail desplegó una vela de desorbitación de 10 m 2 a una altitud de 500 kilómetros (310 millas). [49] En junio de 2017, el 3U Cubesat URSAMAIOR se lanzó a la órbita terrestre baja para probar el sistema de desorbitación ARTICA desarrollado por Spacemind. [50] El dispositivo, que ocupa sólo 0,4 U del cubesat, desplegará una vela de 2,1 m 2 para sacar de órbita el satélite al final de su vida operativa. [51]
IKAROS , lanzado en 2010, fue el primer vehículo práctico de vela solar. En 2015, todavía estaba en pleno funcionamiento, lo que demuestra la practicidad de una vela solar para misiones de larga duración. [52] Se despliega en rotación, con masas en las puntas en las esquinas de su vela cuadrada. La vela está hecha de una fina película de poliimida recubierta con aluminio evaporado. Se dirige mediante paneles de cristal líquido controlados eléctricamente . La vela gira lentamente y estos paneles se encienden y apagan para controlar la actitud del vehículo. Cuando están encendidos, difunden la luz, reduciendo la transferencia de impulso a esa parte de la vela. Cuando está apagada, la vela refleja más luz, transfiriendo más impulso. De esa manera hacen girar la vela. [53] Las células solares de película delgada también están integradas en la vela, que alimentan la nave espacial. El diseño es muy fiable, porque el despliegue del giro, preferible para velas grandes, simplificó los mecanismos para desplegar la vela y los paneles LCD no tienen partes móviles.
Los paracaídas tienen una masa muy baja, pero no es una configuración viable para una vela solar. El análisis muestra que una configuración de paracaídas colapsaría debido a las fuerzas ejercidas por las líneas de cubierta, ya que la presión de radiación no se comporta como presión aerodinámica y no actuaría para mantener el paracaídas abierto. [54]
Los diseños de mayor empuje-masa para estructuras desplegables ensambladas en tierra son velas cuadradas con los mástiles y vientos en el lado oscuro de la vela. Por lo general, hay cuatro mástiles que extienden las esquinas de la vela y un mástil en el centro para sujetar los vientos . Una de las mayores ventajas es que no hay puntos calientes en el aparejo debido a arrugas o bolsas, y la vela protege la estructura del sol. Por lo tanto, esta forma puede acercarse al Sol para obtener el máximo impulso. La mayoría de los diseños gobiernan con pequeñas velas móviles en los extremos de los largueros. [55]
En la década de 1970, el JPL estudió muchas velas de palas y anillos giratorios para una misión de encuentro con el cometa Halley . La intención era endurecer las estructuras utilizando el momento angular, eliminando la necesidad de puntales y ahorrando masa. En todos los casos, se necesitaron cantidades sorprendentemente grandes de resistencia a la tracción para hacer frente a cargas dinámicas. Las velas más débiles se ondularían u oscilarían cuando cambiara la actitud de la vela, y las oscilaciones se sumarían y provocarían fallas estructurales. La diferencia en la relación empuje-masa entre los diseños prácticos era casi nula y los diseños estáticos eran más fáciles de controlar. [55]
El diseño de referencia del JPL se llamó "heliogiro". Tenía láminas de película plástica desplegadas desde rodillos y sostenidas por fuerzas centrífugas mientras giraba. La actitud y dirección de la nave espacial debían controlarse completamente cambiando el ángulo de las palas de varias maneras, similar al paso cíclico y colectivo de un helicóptero . Aunque el diseño no tenía ninguna ventaja masiva sobre una vela cuadrada, seguía siendo atractivo porque el método de desplegar la vela era más simple que un diseño basado en puntales. [55] El CubeSail (UltraSail) es un proyecto activo que tiene como objetivo desplegar una vela heliogiro.
El diseño del heliogiro es similar a las palas de un helicóptero. El diseño es más rápido de fabricar gracias al ligero refuerzo centrífugo de las velas. Además, son muy eficientes en costo y velocidad porque las palas son livianas y largas. A diferencia de los diseños cuadrados y de disco giratorio, el heliogiro es más fácil de desplegar porque las palas están compactadas en un carrete. Las palas se despliegan cuando se despliegan después de la expulsión de la nave espacial. A medida que el heliogiro viaja por el espacio, el sistema gira debido a la aceleración centrífuga. Finalmente, las cargas útiles para los vuelos espaciales se colocan en el centro de gravedad para igualar la distribución del peso y garantizar un vuelo estable. [55]
El JPL también investigó las "velas anulares" (Spinning Disk Sail en el diagrama anterior), paneles unidos al borde de una nave espacial giratoria. Los paneles tendrían ligeros huecos, entre el uno y el cinco por ciento del área total. Las líneas conectarían el borde de una vela con la otra. Las masas en el medio de estas líneas tensarían las velas contra el cono causado por la presión de la radiación. Los investigadores del JPL dijeron que este podría ser un diseño de vela atractivo para grandes estructuras con tripulación. Se podría hacer que el anillo interior, en particular, tenga una gravedad artificial aproximadamente igual a la gravedad en la superficie de Marte. [55]
Una vela solar puede cumplir una doble función como antena de alta ganancia. [56] Los diseños difieren, pero la mayoría modifica el patrón de metalización para crear una lente monocromática holográfica o un espejo en las frecuencias de radio de interés, incluida la luz visible. [56]
El material más común en los diseños actuales es una fina capa de revestimiento de aluminio sobre una lámina de polímero (plástico), como una película Kapton aluminizada de 2 μm . El polímero proporciona soporte mecánico y flexibilidad, mientras que la fina capa de metal proporciona reflectividad. Este material resiste el calor de un paso cercano al Sol y sigue siendo razonablemente fuerte. La película reflectante de aluminio está del lado del sol. Las velas del Cosmos 1 estaban hechas de película de PET aluminizada ( Mylar ).
Eric Drexler desarrolló un concepto para una vela en la que se eliminaba el polímero. [57] Propuso velas solares de muy alto empuje-masa e hizo prototipos del material de la vela. Su vela utilizaría paneles de una fina película de aluminio (de 30 a 100 nanómetros de espesor) sostenidos por una estructura extensible . La vela rotaría y tendría que ser impulsada continuamente. Hizo y manipuló muestras de la película en el laboratorio, pero el material era demasiado delicado para sobrevivir al plegado, lanzamiento y despliegue. El diseño pretendía basarse en la producción espacial de los paneles de película, uniéndolos a una estructura de tensión desplegable. Las velas de esta clase ofrecerían una gran superficie por unidad de masa y, por tanto, aceleraciones hasta "cincuenta veces superiores" que los diseños basados en películas plásticas desplegables. [57] El material desarrollado para la vela solar Drexler era una fina película de aluminio con un espesor base de 0,1 μm, que se fabricaría mediante deposición de vapor en un sistema espacial. Drexler utilizó un proceso similar para preparar películas en el suelo. Como se anticipó, estas películas demostraron resistencia y robustez adecuadas para su manipulación en el laboratorio y para su uso en el espacio, pero no para su plegado, lanzamiento y despliegue.
La investigación realizada por Geoffrey Landis en 1998-1999, financiada por el Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA , demostró que varios materiales como la alúmina para velas láser y la fibra de carbono para velas ligeras impulsadas por microondas eran materiales para velas superiores a las películas de aluminio o Kapton, que antes eran estándar. [58]
En 2000, Energy Science Laboratories desarrolló un nuevo material de fibra de carbono que podría resultar útil para velas solares. [59] [60] El material es más de 200 veces más grueso que los diseños de velas solares convencionales, pero es tan poroso que tiene la misma masa. La rigidez y durabilidad de este material podrían hacer que las velas solares sean significativamente más resistentes que las películas de plástico. El material podría desplegarse por sí solo y debería soportar temperaturas más altas.
Ha habido algunas especulaciones teóricas sobre el uso de técnicas de fabricación molecular para crear un material de vela avanzado, fuerte e hiperligero, basado en tejidos de malla de nanotubos , donde los "espacios" de tejido son menos de la mitad de la longitud de onda de la luz que incide en la vela. Si bien hasta ahora estos materiales sólo se han producido en condiciones de laboratorio, y los medios para fabricarlos a escala industrial aún no están disponibles, dichos materiales podrían pesar menos de 0,1 g/m 2 , [61] lo que los hace más livianos que cualquier material actual. material de vela en un factor de al menos 30. A modo de comparación, el material de vela Mylar de 5 micrómetros de espesor tiene una masa de 7 g/m 2 , las películas Kapton aluminizadas tienen una masa de hasta 12 g/m 2 , [55] y los nuevos laboratorios de ciencias energéticas masas de material de fibra de carbono 3 g/m 2 . [59]
El metal menos denso es el litio , unas 5 veces menos denso que el aluminio. Las superficies frescas y no oxidadas son reflectantes. Con un espesor de 20 nm, el litio tiene una densidad de área de 0,011 g/m 2 . Se podría fabricar una vela de alto rendimiento únicamente con litio a 20 nm (sin capa de emisión). Tendría que fabricarse en el espacio y no utilizarse para acercarse al Sol. En el límite, una embarcación de vela podría construirse con una densidad de área total de alrededor de 0,02 g/m 2 , lo que le daría un número de luminosidad de 67 y una c de aproximadamente 400 mm/s 2 . El magnesio y el berilio también son materiales potenciales para velas de alto rendimiento. Estos 3 metales se pueden alear entre sí y con aluminio. [2]
El aluminio es la opción más común para la capa reflectante. Normalmente tiene un espesor de al menos 20 nm, con una reflectividad de 0,88 a 0,90. El cromo es una buena opción para la capa de emisión en la cara alejada del Sol. Puede proporcionar fácilmente valores de emisividad de 0,63 a 0,73 para espesores de 5 a 20 nm en películas plásticas. Los valores de emisividad utilizables son empíricos porque dominan los efectos de película delgada; Los valores de emisividad global no se mantienen en estos casos porque el espesor del material es mucho más delgado que las longitudes de onda emitidas. [62]
Las velas se fabrican en la Tierra sobre largas mesas donde se desenrollan y unen cintas para crear las velas. El material de la vela debía tener el menor peso posible porque requeriría el uso del transbordador para llevar la nave a la órbita. Así, estas velas se empaquetan, se lanzan y se despliegan en el espacio. [63]
En el futuro, la fabricación podría realizarse en órbita dentro de grandes estructuras que soporten la vela. Esto daría como resultado velas de menor masa y la eliminación del riesgo de fallo en el despliegue.
Las operaciones de navegación son más sencillas en órbitas interplanetarias, donde los cambios de altitud se realizan a baja velocidad. Para trayectorias hacia afuera, el vector de fuerza de la vela está orientado hacia adelante de la línea del Sol, lo que aumenta la energía orbital y el momento angular, lo que hace que la nave se aleje más del Sol. Para trayectorias internas, el vector de fuerza de la vela se orienta detrás de la línea del Sol, lo que disminuye la energía orbital y el momento angular, lo que hace que la nave se mueva hacia el Sol. Vale la pena señalar que sólo la gravedad del Sol tira de la nave hacia el Sol; no existe nada análogo a la virada de un velero a barlovento. Para cambiar la inclinación orbital, el vector de fuerza se saca del plano del vector de velocidad.
En órbitas alrededor de planetas u otros cuerpos, la vela está orientada de modo que su vector de fuerza tenga una componente a lo largo del vector de velocidad, ya sea en la dirección del movimiento para una espiral hacia afuera o en contra de la dirección del movimiento para una espiral hacia adentro.
Las optimizaciones de trayectoria a menudo pueden requerir intervalos de empuje reducido o nulo. Esto se puede lograr haciendo girar la embarcación alrededor de la línea del Sol con la vela colocada en un ángulo apropiado para reducir o eliminar el empuje. [2]
Se puede utilizar un pasaje solar cercano para aumentar la energía de una nave. El aumento de la presión de radiación se combina con la eficacia de estar en lo profundo del pozo de gravedad del Sol para aumentar sustancialmente la energía para viajar hacia el Sistema Solar exterior. La aproximación óptima al Sol se realiza aumentando la excentricidad orbital manteniendo el nivel de energía tan alto como sea práctico. La distancia mínima de aproximación es función del ángulo de la vela, las propiedades térmicas de la vela y otras estructuras, los efectos de la carga en la estructura y las características ópticas de la vela (reflectividad y emisividad). Un paso cercano puede resultar en una degradación óptica sustancial. Las velocidades de giro requeridas pueden aumentar sustancialmente para un paso cercano. Un velero que llega a una estrella puede utilizar un paso cercano para reducir la energía, lo que también se aplica a un velero en un viaje de regreso desde el Sistema Solar exterior.
Un paso lunar puede tener importantes beneficios para las trayectorias que salen o llegan a la Tierra. Esto puede reducir los tiempos de viaje, especialmente en los casos en que la vela está muy cargada. También se puede utilizar un giro para obtener direcciones de salida o llegada favorables en relación con la Tierra.
También se podría emplear un giro planetario similar a lo que se hace con las naves espaciales en inercia, pero es posible que no existan buenas alineaciones debido a los requisitos de optimización general de la trayectoria. [64]
La siguiente tabla enumera algunos conceptos de ejemplo que utilizan la propulsión láser por haz propuesto por el físico Robert L. Forward : [65]
. Árbitro: [66]
Tanto la misión Mariner 10 , que sobrevoló los planetas Mercurio y Venus , como la misión MESSENGER a Mercurio demostraron el uso de la presión solar como método de control de actitud para conservar el propulsor de control de actitud.
Hayabusa también utilizó la presión solar en sus paletas solares como método de control de actitud para compensar las ruedas de reacción rotas y el propulsor químico.
La vela solar del MTSAT-1R ( satélite de transporte multifuncional ) contrarresta el par producido por la presión de la luz solar sobre el panel solar. La pestaña de ajuste del panel solar realiza pequeños ajustes en el equilibrio del par.
La NASA ha probado con éxito tecnologías de despliegue en velas a pequeña escala en cámaras de vacío. [67]
En 1999, se probó en tierra el despliegue a gran escala de una vela solar en el DLR/ESA en Colonia. [68]
Cosmos 1 , un proyecto privado conjunto entre Planetary Society , Cosmos Studios y la Academia Rusa de Ciencias intentó lanzar un prototipo de vehículo suborbital en 2005, que fue destruido debido a una falla del cohete.
Una vela solar de 15 metros de diámetro (SSP, carga útil de vela solar, soraseiru sabupeiro-do ) fue lanzada junto con ASTRO-F en un cohete MV el 21 de febrero de 2006 y llegó a órbita. Se desplegó desde el escenario, pero no se abrió por completo. [69]
El 9 de agosto de 2004, el ISAS japonés desplegó con éxito dos prototipos de velas solares desde un cohete sonda. Se desplegó una vela en forma de trébol a 122 km de altitud y una vela en forma de abanico a 169 km de altitud. Ambas velas utilizaban una película de 7,5 micrómetros . El experimento probó únicamente los mecanismos de despliegue, no la propulsión. [70]
El 4 de febrero de 1993, el Znamya 2 , un reflector de mylar aluminizado de 20 metros de ancho, fue desplegado con éxito desde la estación espacial rusa Mir . Fue el primer reflector de película delgada de este tipo desplegado con éxito en el espacio utilizando el mecanismo basado en la fuerza centrífuga. [71] Aunque el despliegue tuvo éxito, no se demostró la propulsión. Una segunda prueba en 1999, Znamya 2.5 , no logró implementarse correctamente.
El 21 de mayo de 2010, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) lanzó la primera nave espacial interplanetaria de vela solar del mundo , " IKAROS " (cometa interplanetaria acelerada por radiación del sol) hacia Venus. [72] Utilizando un nuevo método de propulsión de fotones solares, [73] fue la primera verdadera nave espacial con vela solar totalmente propulsada por la luz solar, [74] [75] y fue la primera nave espacial que tuvo éxito en el vuelo con vela solar. [76]
JAXA probó con éxito IKAROS en 2010. El objetivo era desplegar y controlar la vela y, por primera vez, determinar las pequeñas perturbaciones orbitales causadas por la presión de la luz. La determinación de la órbita fue realizada por la cercana sonda AKATSUKI de la que IKAROS se desprendió después de que ambos fueron llevados a una órbita de transferencia a Venus. El efecto total durante el vuelo de seis meses fue de 100 m/s. [77]
Hasta 2010, ninguna vela solar se había utilizado con éxito en el espacio como sistema de propulsión primario. El 21 de mayo de 2010, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) lanzó la nave espacial IKAROS, que desplegó una vela solar experimental de poliimida de 200 m 2 el 10 de junio. [78] [79] [80] En julio, la siguiente fase de la demostración Comenzó la aceleración por radiación. El 9 de julio de 2010, se verificó que IKAROS recogió radiación del Sol y comenzó la aceleración de fotones mediante la determinación de la órbita de IKAROS por rango y rango de velocidad (RARR) que se calcula recientemente además de los datos de la velocidad de aceleración de relativización. de IKAROS entre IKAROS y la Tierra que se ha tomado desde antes de que se utilizara el efecto Doppler. [81] Los datos mostraron que IKAROS parece haber estado navegando solarmente desde el 3 de junio cuando desplegó la vela.
IKAROS tiene una vela cuadrada giratoria diagonal de 14×14 m (196 m 2 ) fabricada con una lámina de poliimida de 7,5 micrómetros (0,0075 mm) de espesor . La lámina de poliimida tenía una masa de aproximadamente 10 gramos por metro cuadrado. En la vela está incrustado un panel solar de película delgada. Ocho paneles LCD están integrados en la vela, cuya reflectancia se puede ajustar para controlar la actitud . [82] [83] IKAROS pasó seis meses viajando a Venus y luego comenzó un viaje de tres años hasta el lado opuesto del Sol. [84]
Un equipo del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA (Marshall), junto con un equipo del Centro de Investigación Ames de la NASA , desarrollaron una misión de vela solar llamada NanoSail-D, que se perdió en un fallo de lanzamiento a bordo de un cohete Falcon 1 el 3 de agosto de 2008. [85] [86] La segunda versión de respaldo, NanoSail-D2 , también llamada a veces simplemente NanoSail-D, [87] se lanzó con FASTSAT en un Minotaur IV el 19 de noviembre de 2010, convirtiéndose en la primera vela solar de la NASA desplegada en la Tierra baja . orbita. Los objetivos de la misión eran probar tecnologías de despliegue de velas y recopilar datos sobre el uso de velas solares como un medio simple y "pasivo" para sacar de órbita satélites muertos y desechos espaciales. [88] La estructura NanoSail-D estaba hecha de aluminio y plástico, y la nave espacial pesaba menos de 10 libras (4,5 kg). La vela tiene aproximadamente 100 pies cuadrados (9,3 m 2 ) de superficie que capta la luz. Después de algunos problemas iniciales con el despliegue, la vela solar se desplegó y, según se informa, en el transcurso de su misión de 240 días produjo una "gran cantidad de datos" sobre el uso de velas solares como dispositivos pasivos de desorbitación. [89]
La NASA lanzó la segunda unidad NanoSail-D almacenada dentro del satélite FASTSAT en el Minotaur IV el 19 de noviembre de 2010. La fecha de expulsión del microsatélite FASTSAT estaba prevista para el 6 de diciembre de 2010, pero el despliegue no se produjo hasta el 20 de enero de 2011. [90 ] [ necesita actualización ]
El 21 de junio de 2005, un proyecto privado conjunto entre Planetary Society , Cosmos Studios y la Academia Rusa de Ciencias lanzó un prototipo de vela Cosmos 1 desde un submarino en el Mar de Barents , pero el cohete Volna falló y la nave espacial no logró alcanzar la órbita. Tenían la intención de utilizar la vela para elevar gradualmente la nave espacial a una órbita terrestre más alta durante una misión que duraría un mes. Según Louis Friedman, el intento de lanzamiento despertó el interés del público. [91] A pesar del fallido intento de lanzamiento de Cosmos 1, The Planetary Society recibió aplausos por sus esfuerzos de la comunidad espacial y despertó un renovado interés en la tecnología de velas solares.
En el cumpleaños número 75 de Carl Sagan (9 de noviembre de 2009), la Sociedad Planetaria anunció planes [92] para realizar tres intentos más, denominados LightSail-1 , -2 y -3. [93] El nuevo diseño utilizará una vela Mylar de 32 m 2 , desplegada en cuatro segmentos triangulares como NanoSail-D. [93] La configuración de lanzamiento es un formato CubeSat 3U y, a partir de 2015, estaba programada como carga útil secundaria para un lanzamiento en 2016 en el primer lanzamiento de SpaceX Falcon Heavy . [94]
" LightSail-1 " se lanzó el 20 de mayo de 2015. [95] El propósito de la prueba era permitir una verificación completa de los sistemas del satélite antes de LightSail-2. Su órbita de despliegue no era lo suficientemente alta para escapar de la resistencia atmosférica de la Tierra y demostrar una verdadera navegación solar.
" LightSail-2 " se lanzó el 25 de junio de 2019 y se desplegó en una órbita terrestre baja mucho más alta. Sus velas solares se desplegaron el 23 de julio de 2019. [96] Reingresó a la atmósfera el 17 de noviembre de 2022.
El Explorador de Asteroides Cercanos a la Tierra (NEA Scout) fue una misión desarrollada conjuntamente por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales (MSFC) de la NASA y el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), que consistía en una nave espacial de vela solar CubeSat controlable y de bajo costo capaz de encontrarse con asteroides cercanos. -Asteroides terrestres (NEA). [97] Se desplegarían cuatro brazos de 7 m (23 pies), desplegando la vela solar de poliimida aluminizada de 83 m 2 (890 pies cuadrados). [98] [99] [100] En 2015, la NASA anunció que había seleccionado NEA Scout para su lanzamiento como una de varias cargas útiles secundarias a bordo de Artemis 1 , el primer vuelo del vehículo de lanzamiento SLS de carga pesada de la agencia . [101] Sin embargo, la nave se consideró perdida debido a que no se pudieron establecer comunicaciones poco después del lanzamiento en 2022. [102]
El Sistema de vela solar compuesto avanzado (ACS3) de la NASA [103] es una demostración tecnológica de la tecnología de vela solar para futuras naves espaciales pequeñas. [104] Fue seleccionado en 2019 por la Iniciativa de Lanzamiento CubeSat (CSLI) de la NASA para ser lanzado como parte del programa ELaNa . [105]
ACS3 consiste en un pequeño satélite CubeSat de 12U (23 cm x 23 cm x 34 cm; 16 kg) que despliega una vela solar cuadrática de 80 m 2 compuesta por una película de naftalato de polietileno recubierta por un lado con aluminio para mayor reflectividad y por el otro con cromo. para aumentar la emisividad térmica. La vela está sujeta por un novedoso sistema de despliegue de cuatro botavaras de 7 m de longitud , fabricadas en polímero reforzado con fibra de carbono . [106]
ACS3 se lanzó el 23 de abril de 2024 en la misión Electron "Bginning Of The Swarm" . El ACS3 estableció contacto con éxito con las estaciones terrestres tras su despliegue a principios de mayo. [107]
A pesar de las pérdidas de Cosmos 1 y NanoSail-D (aproximadamente 23 cm x 23 cm x 34 cm;) que se debieron a fallas de sus lanzadores), los científicos e ingenieros de todo el mundo siguen alentados y continúan trabajando en velas solares. Si bien la mayoría de las aplicaciones directas creadas hasta ahora pretenden utilizar las velas como medio económico de transporte de carga, algunos científicos están investigando la posibilidad de utilizar velas solares como medio de transporte de seres humanos. Este objetivo está fuertemente relacionado con la gestión de superficies muy grandes (es decir, muy por encima de 1 km 2 ) en el espacio y los avances de la vela. El desarrollo de velas solares para vuelos espaciales tripulados está todavía en sus primeras etapas.
Se estaba desarrollando una embarcación de demostración de tecnología, denominada Sunjammer , con la intención de demostrar la viabilidad y el valor de la tecnología de navegación. [108] Sunjammer tenía una vela cuadrada, de 38 metros (125 pies) de ancho a cada lado, lo que le daba un área efectiva de 1.200 metros cuadrados (13.000 pies cuadrados). Habría viajado desde el punto Lagrangiano L 1 Sol-Tierra , a 1,5 millones de kilómetros (930.000 millas) de la Tierra, hasta una distancia de 3 millones de kilómetros (1,9 millones de millas). [109] Se esperaba que la demostración se lanzara en un Falcon 9 en enero de 2015. [110] Habría sido una carga útil secundaria, lanzada después de la colocación del satélite climático DSCOVR en el punto L1. [110] Citando una falta de confianza en la capacidad de su contratista L'Garde para cumplir, la misión fue cancelada por la NASA en octubre de 2014. [111]
OKEANOS (Cometa-nave de gran tamaño para exploración y astronáutica en el sistema solar exterior) fue un concepto de misión propuesto por la JAXA de Japón a los asteroides troyanos de Júpiter utilizando una vela solar híbrida para la propulsión; la vela habría estado cubierta con delgados paneles solares para alimentar un motor de iones . El análisis in situ de las muestras recolectadas se habría realizado mediante contacto directo o utilizando un módulo de aterrizaje que llevaba un espectrómetro de masas de alta resolución. Se estaban estudiando opciones como un módulo de aterrizaje y un retorno de muestras a la Tierra. [112] El explorador de asteroides troyanos Júpiter OKEANOS fue finalista de la segunda misión de clase grande del ISAS de Japón que se lanzará a finales de la década de 2020 . Sin embargo, no fue seleccionado.
En agosto de 2019, la NASA otorgó al equipo del Solar Cruiser 400.000 dólares para estudios conceptuales de la misión de nueve meses. La nave espacial tendría una vela solar de 1.672 m 2 (18.000 pies cuadrados) y orbitaría alrededor del Sol en una órbita polar, mientras que el instrumento coronógrafo permitiría mediciones simultáneas de la estructura del campo magnético del Sol y la velocidad de las eyecciones de masa coronal . [113] Si hubiera sido seleccionado para un mayor desarrollo, se habría lanzado en 2025. Sin embargo, Solar Cruiser no fue aprobado para avanzar a la fase C de su ciclo de desarrollo y posteriormente fue descontinuado. [114]
En diciembre de 2013 [actualizar], la Agencia Espacial Europea (ESA) propuso una vela de desorbitación, denominada " Gossamer ", que estaría destinada a acelerar la desorbitación de satélites artificiales pequeños (menos de 700 kilogramos (1500 lb)) desde bajas alturas. Órbitas terrestres . La masa de lanzamiento es de 2 kilogramos (4,4 libras) con un volumen de lanzamiento de sólo 15 × 15 × 25 centímetros (0,49 × 0,49 × 0,82 pies). Una vez desplegada, la vela se expandiría a 5 por 5 metros (16 pies × 16 pies) y usaría una combinación de presión solar sobre la vela y una mayor resistencia atmosférica para acelerar la reentrada del satélite . [43]
El proyecto Breakthrough Starshot, bien financiado y anunciado el 12 de abril de 2016, tiene como objetivo desarrollar una flota de 1000 nanonaves de vela ligera que transportan cámaras en miniatura, propulsadas por láseres terrestres y enviarlas a Alpha Centauri al 20% de la velocidad de la luz. [115] [116] [117] El viaje duraría 20 años.
Cordwainer Smith da una descripción de las naves espaciales propulsadas por velas solares en "La dama que navegó en el alma", publicado por primera vez en abril de 1960.
Jack Vance escribió una historia corta sobre una misión de entrenamiento en una nave espacial propulsada por velas solares en "Sail 25", publicado en 1961.
Arthur C. Clarke y Poul Anderson (escrito como Winston P. Sanders) publicaron de forma independiente historias sobre velas solares, ambas tituladas "Sunjammer", en 1964. Clarke retituló su historia "El viento del sol" cuando se reimprimió, para para evitar confusión. [118]
En la novela de 1974 de Larry Niven y Jerry Pournelle The Mote in God's Eye , se descubren extraterrestres cuando su sonda propulsada por una vela láser ingresa al espacio humano.
Una tecnología similar fue el tema del episodio " Exploradores " de Star Trek: Deep Space Nine . En el episodio, los buques faro se describen como una tecnología antigua utilizada por los bajoranos para viajar más allá de su sistema solar mediante el uso de la luz del sol bajorano y velas especialmente construidas para impulsarlos a través del espacio ( "Exploradores". Star Trek: Deep Space Nine . Temporada 3 Episodio 22.). [119]
En la película de Star Wars de 2002 El ataque de los clones , se vio al villano principal, el Conde Dooku, usando una nave espacial con velas solares. [120]
En la película Avatar de 2009 , la nave espacial que transporta al protagonista Jake Sully al sistema Alpha Centauri, el ISV Venture Star , utiliza velas solares como medio de propulsión para acelerar el vehículo alejándolo de la Tierra hacia Alpha Centauri.
En la tercera temporada del programa de televisión de historia alternativa For All Mankind de Apple TV+ , la nave espacial ficticia de la NASA Sojourner 1 utiliza velas solares para propulsión adicional en su camino a Marte.
En el episodio final de la primera temporada del programa de televisión Netflix 2024, 3 Body Problem , uno de los protagonistas, Will Downing, lanza su cerebro criogénicamente congelado al espacio hacia la nave espacial trisolaria que se aproxima, utilizando velas solares y propulsión de pulso nuclear para acelerar. a una fracción de la velocidad de la luz.
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: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )El 4 de septiembre, el equipo MESSENGER anunció que no necesitaría implementar una maniobra programada para ajustar la trayectoria de la sonda. Esta es la cuarta vez este año que se cancela una maniobra de este tipo. ¿La razón? Una técnica de navegación implementada recientemente que utiliza la presión de la radiación solar (SRP) para guiar la sonda ha tenido un gran éxito en mantener a MESSENGER en una trayectoria que la llevará sobre la superficie llena de cráteres de Mercurio por segunda vez el 6 de octubre.
A veces el satélite se llama NanoSail-D y otras veces NanoSail-D2. ... Dean: El proyecto es simplemente NanoSail-D. NanoSail-D2 es la versión de serie n.º 2.
Sociedad Planetaria, ... los próximos tres años, ... serie de naves espaciales con velas solares denominadas LightSails