Vela solar
Las velas solares captan empujes producidos por fuentes externas a la propia nave, de manera que esta no necesita transportar consigo ni motor ni combustible, aligerando considerablemente el peso de la nave, y pudiendo alcanzar así mayores velocidades.
Las velas solares llevan poco tiempo en desarrollo, y hasta el momento solo se ha logrado lanzar con éxito a la sonda IKAROS, parcialmente impulsada por este método, pero en los comienzos del siglo XXI varias agencias espaciales trabajan en esta tecnología.
[7] Tal fuerza fue calculada en 1873 por James C. Maxwell[3] en su teoría del electromagnetismo, según la cual, la luz debía ejercer una presión sobre los objetos.
Se realizaron esas maniobras según lo planificado, utilizando los paneles solares a manera de vela solar.
Se pretendía enviar una sonda al encuentro del cometa Halley, pero después de un año de estudios se consideró que la tecnología no estaría disponible a tiempo,[9] y el programa fue finalmente cancelado.
[3] Entre los años 1979 y 1982 se crean tres organizaciones dedicadas a la navegación mediante velas solares: la World Space Foundation (WSF) en Estados Unidos, la Union pour la Promotion de la Propulsion Photonique (l'U3P) en Francia, y la Solar Sail Union of Japan (SSSJ) en Japón.
En 1998 se inicia un trabajo conjunto entre la Agencia Espacial Europea (ESA) y el Centro aeroespacial alemán (DLR) para desarrollar la tecnología de las velas solares.
Permitiendo a la nave espacial hacer un uso más eficiente de la luz solar sin sacrificar la maniobrabilidad.
Un segundo ensayo posterior, denominado Znamaya 2.5, finalizó en fracaso, y en 1999 la agencia rusa abandonó el programa.
En enero de 2011 la NASA consiguió por primera vez desplegar con éxito una vela solar en órbita con el segundo minisatélite NanoSail-D,[21] también denominado «NanoSail-D2».
[25] La mecánica cuántica introdujo el concepto de la dualidad onda corpúsculo, según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas, y viceversa.
Eliminar o reducir el peso del combustible puede ser una necesidad crítica en viajes tripulados a otros planetas: cualquier sistema que precise transportar su propio combustible experimentará un incremento exponencial de peso para incrementos lineales de carga útil.
De hecho, se ha calculado que cualquier nave cuyo peso supere el kilogramo por cada 600 m² de vela terminará describiendo una órbita elíptica alrededor del Sol, sin conseguir escapar nunca del sistema solar.
[26] Por este motivo las trayectorias idóneas para conseguir una buena propulsión implican orientar la vela aproximadamente a 35.5º con respecto al Sol,[26] de manera que el empuje obtenido se mantenga y acumule durante más tiempo sin alejarse de la estrella.
Las mejores estrategias conllevan acercarse al Sol para captar la máxima radiación posible antes de alejarse definitivamente, en una trayectoria similar a la mostrada en el gráfico.
Algunos científicos consideran que la máxima velocidad alcanzable mediante impulsión fotónica es demasiado baja; del orden de los 10 km/s,[50] y que la lentitud inicial de una vela fotónica impulsada por la presión solar penalizaría excesivamente los viajes, especialmente los realizados dentro del sistema solar.
Por ello se ha estudiado aumentar el empuje enviando energía desde la Tierra en forma de láser o microondas.
Las sondas así impulsadas podrían dirigirse directamente hacia su objetivo con elevadas velocidades iniciales, acortando sensiblemente los tiempos de navegación.
[51] Estas lentes podrían situarse a lo largo de rutas predefinidas hacia destinos específicos, o incluso se ha propuesto que la propia nave llevase consigo algunas de estas lentes para desplegarlas a intervalos regulares durante su recorrido.
También se ha sugerido emplear un láser en órbita para mejorar la precisión, reducir pérdidas, y prolongar los períodos de impulso.
[39][54] La tecnología en la primera década del siglo XXI es incapaz de abordar las enormes dificultades que plantean estas soluciones, pero no son descartables en un futuro a medio o largo plazo.
[50] Siguiendo el mismo concepto del láser, se han planteado velas impulsadas por haces de microondas generadas mediante un máser.
La novedad consiste en aplicar a la vela una pintura que se evapore bajo la radiación de microondas.
[50] Los cálculos preliminares no descartan que con este método se puedan alcanzar velocidades del orden de 10 000 km/s.
A pesar de necesitar una superficie muy superior, algunos cálculos arrojan una relación peso-potencia para esta tecnología cercana a los 600kg/N,[60] que estaría en el mismo orden de magnitud que la relación peso/potencia obtenida con una vela fotónica.
Cálculos posteriores parecen demostrar que el diámetro mínimo para una magnetosfera viable en este sentido es de 100 km.
El plasma solar reacciona con ese campo de forma similar a como lo haría con una superficie material.
Otras alternativas proponen pulverizar una finísima capa de aluminio sobre el plástico, manteniendo este como protección contra posibles desgarros producidos por micrometeoritos.
Este diseño ofrecía aceleraciones un orden de magnitud por encima respecto a los diseños con láminas plásticas, pero, aunque este material ya ha sido creado, por el momento ha mostrado ser demasiado delicado para sobrevivir al lanzamiento y posterior despliegue.
El escritor Arthur C. Clarke es uno de los autores que más protagonismo ha dedicado en sus obras a esta tecnología en ciernes.
