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Sonda espacial IKAROS con vela solar en vuelo (representación del artista) que muestra una configuración típica de vela cuadrada

Las velas solares (también llamadas velas ligeras o velas de fotones ) son un método de propulsión de naves espaciales que utiliza la presión de radiación ejercida por la luz solar sobre grandes espejos. Desde la década de 1980 se han propuesto varias misiones de vuelos espaciales para probar la propulsión solar y la navegación. La primera nave espacial en hacer uso de la tecnología fue IKAROS , lanzada en 2010.

Una analogía útil con la navegación solar puede ser un barco de vela; la luz que ejerce una fuerza sobre los espejos es similar a una vela impulsada por el viento. Los rayos láser de alta energía podrían usarse como una fuente de luz alternativa para ejercer una fuerza mucho mayor de la que sería posible con la luz solar, un concepto conocido como navegación de rayos. Las embarcaciones de vela solar ofrecen la posibilidad de operaciones de bajo costo combinadas con una vida útil prolongada. Dado que tienen pocas partes móviles y no usan propulsor, potencialmente pueden usarse numerosas veces para la entrega de cargas útiles.

Las velas solares utilizan un fenómeno que tiene un efecto comprobado y medido 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 va a Marte, por ejemplo, se desplazará 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 realizado desde la época de la primera nave espacial interplanetaria de 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, por ejemplo, es de aproximadamente 5 newtons (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 una nave espacial propulsada por motores eléctricos. , pero como no usa propulsor, esa fuerza se ejerce casi constantemente y el efecto colectivo a lo largo del tiempo es lo suficientemente grande como para ser considerado una forma potencial de propulsar naves espaciales.

Historia del concepto [ editar ]

Johannes Kepler observó que las colas de los cometas apuntan en dirección opuesta al Sol y sugirió que el Sol provocó el efecto. En una carta a Galileo en 1610, escribió: "Proporcione barcos o velas adaptados a las brisas celestiales, y habrá algunos que desafiarán incluso ese vacío". Podría haber tenido en mente el fenómeno de la cola del cometa cuando escribió esas palabras, aunque sus publicaciones sobre las colas de los cometas llegaron varios años después. [3]

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 lo 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 de físicos y más allá sabían que la luz solar tenía un impulso que ejercería una presión sobre los objetos.

Julio Verne , en From the Earth to the Moon , [4] publicado en 1865, escribió "algún día aparecerán velocidades mucho mayores que estas [de los planetas y el proyectil], de las cuales la luz o la electricidad probablemente serán el agente mecánico ... algún día viajaremos a la luna, los planetas y las estrellas ". [5] Este es posiblemente el primer reconocimiento publicado de que la luz podría mover naves a través del espacio.

Pyotr Lebedev fue el primero en demostrar con éxito una ligera presión, lo que hizo en 1899 con una balanza de torsión; [6] Ernest Nichols y Gordon Hull llevaron a cabo un experimento independiente similar en 1901 utilizando un radiómetro Nichols . [7]

Svante Arrhenius predijo en 1908 la posibilidad de que la presión de la radiación solar distribuya 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 estrellas. [8]

Konstantin Tsiolkovsky propuso por primera vez usar la presión de la luz solar para propulsar naves espaciales a través del espacio y sugirió, "usar espejos tremendos de láminas muy delgadas para utilizar la presión de la luz solar para alcanzar velocidades cósmicas". [9]

Friedrich Zander (Tsander) publicó un artículo técnico en 1925 que incluía un análisis técnico de la navegación solar. Zander escribió sobre "aplicar pequeñas fuerzas" usando "presión de luz o transmisión de energía de luz a distancias por medio de espejos muy delgados". [10]

JBS Haldane especuló en 1927 sobre la invención de naves espaciales tubulares que llevarían a la humanidad al espacio y cómo "alas de lámina metálica de un kilómetro cuadrado o más de área se extienden para captar la presión de radiación del Sol". [11]

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, acres en extensión, al máximo, podría volar el límite de la órbita de Neptuno. Luego, para aumentar su velocidad, viraría, de ceñida, por el campo gravitacional, desplegando de nuevo a toda vela mientras pasaba junto al Sol ". [12]

Carl Sagan , en la década de 1970, popularizó la idea de navegar en la luz utilizando una estructura gigante que reflejaría los fotones en una dirección, creando un impulso. Planteó sus ideas en conferencias universitarias, libros y programas de televisión. Estaba obsesionado con lanzar rápidamente esta nave espacial a tiempo para realizar una cita con el cometa Halley . Desafortunadamente, la misión no se llevó a cabo a tiempo y nunca viviría para finalmente llevarla a cabo. [ cita requerida ]

El primer esfuerzo formal de tecnología y diseño para una vela solar comenzó en 1976 en el Laboratorio de Propulsión a Chorro para una misión propuesta para encontrarse con el cometa Halley . [2]

Principios físicos [ editar ]

Presión de radiación solar [ editar ]

Mucha gente cree que las naves espaciales que utilizan velas solares son impulsadas por los vientos solares del mismo modo que los veleros y los veleros son empujados por los vientos a través de las aguas de la Tierra . [13] Pero la radiación solar ejerce una presión sobre la vela debido a la reflexión y una pequeña fracción que es absorbida.

La cantidad de movimiento de un fotón o de un flujo completo viene dada por la relación de Einstein : [14] [15]

p = E / c

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: [16]

  • absorbancia perfecta: F = 4.54 μN por metro cuadrado (4.54 μ Pa ) en la dirección del haz incidente (una colisión inelástica)
  • reflectancia perfecta: F = 9,08 μN por metro cuadrado (9,08 μPa) en la dirección normal a la superficie (una colisión elástica)

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 , [15] debido a la curvatura (ondulación), las arrugas, la absorbancia, la re-radiación de la parte delantera y trasera, los efectos no especulares y otros factores. .

La fuerza en una vela es el resultado de reflejar el flujo de fotones.

La fuerza sobre una vela y la aceleración real de la embarcación varían por el inverso del cuadrado de la distancia al Sol (a menos que esté muy cerca del Sol [17] ), y por el cuadrado del coseno del ángulo entre el vector de fuerza de la vela y el radial del Sol, entonces

F = F 0 cos 2 θ / R 2 (vela ideal)

donde R es la distancia al Sol en AU. Una vela cuadrada real se puede modelar como:

F = F 0 (0,349 + 0,662 cos 2θ - 0,011 cos 4θ) / R 2

Tenga en cuenta que la fuerza y ​​la aceleración se acercan a cero generalmente alrededor de θ = 60 ° en lugar de 90 ° como cabría esperar con una vela ideal. [18]

Si se absorbe parte de la energía, la energía absorbida calentará la vela, que irradia de nuevo esa energía desde las superficies delantera y trasera, dependiendo de la emisividad de esas dos superficies.

El viento solar , el flujo de partículas cargadas que salen del Sol, ejerce una presión dinámica nominal de aproximadamente 3 a 4 nPa , tres órdenes de magnitud menos que la presión de la radiación solar en una vela reflectante. [19]

Parámetros de vela [ editar ]

La carga de la vela (densidad del área) 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.

Una embarcación de vela tiene una aceleración característica, a c , que experimentaría a 1 AU al mirar hacia el Sol. Tenga en cuenta que este valor representa tanto el incidente como los momentos reflejados. 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 por:

a c = 9.08 (eficiencia) / σ mm / s 2

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 a 1 AU:

λ = a c / 5,93

El número de luminosidad también es independiente de la distancia al Sol porque tanto la gravedad como la presión de la luz caen 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 son del esfuerzo de diseño detallado en 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 los bordes. La dimensión de heliogyro es la punta de la hoja a la punta de la hoja.

Control de actitud [ editar ]

Un sistema de control de actitud activo (ACS) es esencial para que una embarcación a vela logre y mantenga la orientación deseada. La orientación de la vela requerida 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 desplazamiento 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 alterando la reflectividad.

Mantener una actitud constante requiere que el ACS mantenga un par neto de cero en la nave. La fuerza y ​​el torque totales en una vela, o juego de velas, no son constantes a lo largo de una trayectoria. La fuerza cambia con la distancia solar y el ángulo de la vela, lo que cambia la ondulación de la vela y desvía algunos elementos de la estructura de soporte, lo que provoca 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 y ​​el par totales.

Para mantener la actitud deseada, el ACS debe compensar todos estos cambios. [20]

Restricciones [ editar ]

En la órbita de la Tierra, 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 solo para las configuraciones de disco giratorio.

Las temperaturas de funcionamiento de la vela dependen de la distancia solar, el ángulo de la vela, la reflectividad y las emisividades delantera y trasera. Una vela solo se puede utilizar cuando su temperatura se mantiene dentro de los límites de su material. 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]

Aplicaciones [ editar ]

Las aplicaciones potenciales para las embarcaciones de vela se extienden por todo el Sistema Solar , desde cerca del Sol hasta las nubes de cometas más allá de Neptuno. La embarcación puede realizar viajes de ida y vuelta para entregar cargas o para tomar posiciones en el destino. Se pueden utilizar para transportar carga y posiblemente también para viajes humanos. [2]

Planetas interiores [ editar ]

Para viajes dentro del Sistema Solar interior, pueden entregar cargas y luego regresar a la Tierra para viajes posteriores, operando como un transbordador interplanetario. Para Marte en particular, la nave podría proporcionar un medio económico para el suministro rutinario de operaciones en el planeta, según Jerome Wright, "El costo de lanzar los propulsores convencionales necesarios desde la Tierra es enorme para las misiones tripuladas. El uso de veleros podría ahorrar potencialmente más de $ 10". mil millones en costos de misión ". [2]

Las embarcaciones de vela solar pueden acercarse al Sol para entregar cargas útiles de observación o para tomar posiciones de mantenimiento de órbitas. Pueden funcionar 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 encuentro y entrada en órbita para la carga útil. Los viajes a Marte podrían ser de encuentro o de paso con liberación de la carga útil para el frenado aerodinámico . [2]

Planetas exteriores [ editar ]

Los tiempos mínimos de transferencia a los planetas exteriores se benefician del uso de una transferencia indirecta (oscilación solar). 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 un c de 1 mm / s 2 sin velocidad de salida en relación con la Tierra es de 2 años cuando se usa una transferencia indirecta (oscilación 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]

Nube de Oort / foco de gravedad interno del Sol [ editar ]

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 luz de los objetos distantes se enfoca por gravedad como resultado de su paso por el Sol. Este es, por lo tanto, el punto distante hasta el cual la gravedad solar hará que se enfoque la región del espacio profundo al otro lado del Sol, sirviendo así efectivamente como una lente de objetivo de telescopio muy grande. [21] [22]

Se ha propuesto que una vela inflada, hecha de berilio , que comience a 0.05 AU del Sol, ganaría una aceleración inicial de 36.4 m / s 2 y alcanzaría una velocidad de 0.00264c (aproximadamente 950 km / s) en menos de un día. Tal proximidad al Sol podría resultar poco práctica a corto plazo debido a la degradación estructural del berilio a altas temperaturas, la difusión de hidrógeno a altas temperaturas así como un gradiente electrostático, generado por la ionización del berilio del viento solar, planteando un riesgo de explosión. Un perihelio revisado de 0.1 AU reduciría la temperatura antes mencionada y la exposición al flujo solar. [23]Una vela así tardaría "dos años y medio en alcanzar la heliopausa, seis años y medio en alcanzar el foco gravitacional interior del Sol, y llegaría a la Nube de Oort interior en no más de treinta años". [22] "Tal misión podría realizar observaciones astrofísicas útiles en ruta, explorar técnicas de enfoque gravitacional e imágenes de objetos de la Nube de Oort mientras explora partículas y campos en esa región que son de origen galáctico en lugar de solar".

Satélites [ editar ]

Robert L. Forward ha comentado que se podría utilizar una vela solar para modificar la órbita de un satélite sobre la Tierra. En el límite, una vela podría usarse para "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 estén estacionarias con respecto al Sol o la Tierra, un tipo de satélite denominado por Forward como " estatita ". Esto es posible porque la propulsión proporcionada por la vela compensa la atracción gravitacional del Sol. Una órbita así podría ser útil para estudiar las propiedades del Sol durante períodos prolongados. [ cita requerida ] Del mismo modo, una nave espacial equipada con velas solares también podría permanecer en la 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. [ cita requerida ]

En su libro The Case for Mars , Robert Zubrin señala que la luz solar reflejada de 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. Tal estatita podría estar hecha de material de asteroide.

Correcciones de trayectoria [ editar ]

La sonda MESSENGER que orbita Mercurio utilizó una ligera presión en sus paneles solares para realizar correcciones precisas de trayectoria en el camino a Mercurio. [24] Al cambiar el ángulo de los paneles solares en relación con el Sol, se varió la cantidad de presión de la radiación solar para ajustar la trayectoria de la nave espacial de manera más delicada de lo que era posible con los propulsores. Los errores menores se amplifican en gran medida por las maniobras de asistencia por gravedad , por lo que el uso de la presión de radiación para hacer correcciones muy pequeñas ahorra grandes cantidades de propulsor.

Vuelo interestelar [ editar ]

En la década de 1970, Robert Forward propuso dos esquemas de propulsión propulsados ​​por haz que usaban láseres o máseres para empujar velas gigantes a una fracción significativa de la velocidad de la luz . [25]

En la novela de ciencia ficción Rocheworld , Forward describió una vela ligera propulsada por super láseres. A medida que la nave estelar se acercaba a su destino, la parte exterior de la vela se soltaría. La vela exterior se volvería a enfocar y reflejaría los láseres hacia una vela interior más pequeña. Esto proporcionaría un 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 a una potencia de gigavatios . La solución de Forward para esto requiere que se construyan enormes conjuntos de paneles solares en o cerca del planeta Mercurio. Se necesitaría colocar 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 la viga de frenado hacia la vela de "desaceleración" interior.

Un enfoque potencialmente más fácil sería utilizar un maser 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 " [26] [27] utilizaría microondas, en lugar de luz visible, para impulsarla. Los máseres se dispersan 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 mástiles también podrían usarse para impulsar una vela solar pintada, una vela convencional recubierta con una capa de productos químicos diseñados para evaporarse cuando es golpeada por radiación de microondas. [28] 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 enfocar aún más la energía en una vela solar distante, Forward propuso una lente diseñada como una placa de zona grande . Este se colocaría en una ubicación entre el láser o máser y la nave espacial. [25]

Otro enfoque más realista físicamente sería utilizar la luz del Sol para acelerar. [29] 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 caerá aproximadamente como el cuadrado inverso de la distancia al Sol, y más allá de cierta distancia, la nave ya no recibiría suficiente luz para acelerarla significativamente, pero mantendría la velocidad final alcanzada. Al acercarse a la estrella objetivo, la nave podría girar sus velas hacia ella y comenzar a usar 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 otro sistema solar. Se podrían obtener velocidades del 0,05% de la velocidad de la luz mediante velas solares con una carga útil de 10 kg, utilizando vehículos de vela solar delgados con densidades de superficie 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 en velas solares con un radio de 42 cm, cada una con 10,000 cápsulas de cien millones de microorganismos extremófilos para sembrar la vida en diversos ambientes objetivo. [30] [31]

Los estudios teóricos sugieren velocidades relativistas si la vela solar aprovecha una supernova. [32]

Desactivación de satélites artificiales [ editar ]

Se han propuesto pequeñas velas solares para acelerar la desorbitación de pequeños satélites artificiales de las órbitas terrestres. Los satélites en órbita terrestre baja pueden utilizar una combinación de presión solar en la vela y una mayor resistencia atmosférica para acelerar la reentrada del satélite . [33] Una vela de órbita desarrollada en la Universidad de Cranfield es parte del satélite británico TechDemoSat-1, lanzado en 2014, y se espera que se despliegue al final de los cinco años de vida útil del satélite. El propósito de la vela es sacar al satélite de la órbita durante un período de aproximadamente 25 años. [34] En julio de 2015, el CubeSat británico 3U llamado DeorbitSail fue lanzado al espacio con el propósito de probar 16 m2 desorbitar la estructura, [35] pero finalmente no pudo implementarla. [36] También hay una misión estudiantil CubeSat 2U llamada PW-Sat2 que se planea lanzar en 2017 y que probará una vela de desorbitación de 4 m 2 . [37] En junio de 2017, un segundo CubeSat británico de 3U llamado InflateSail desplegó una vela de desorbitación de 10 m 2 a una altitud de 500 kilómetros (310 millas). [38] En junio de 2017, se lanzó el 3U Cubesat URSAMAIOR en órbita terrestre baja para probar el sistema de desorbitación ARTICA desarrollado por Spacemind . [39] El dispositivo, que ocupa sólo 0,4 U del cubesat, desplegará una vela de 2,1 m 2 para desorbitar el satélite al final de su vida útil [40]

Configuraciones de vela [ editar ]

Ilustración de la NASA del lado apagado de una vela solar de medio kilómetro, que muestra los puntales estirando la vela.
Representación de un artista de una nave espacial tipo Cosmos 1 en órbita

IKAROS , lanzado en 2010, fue el primer vehículo de vela solar práctico. A partir de 2015, todavía estaba bajo impulso, lo que demuestra la practicidad de una vela solar para misiones de larga duración. [41] Se despliega por giro, con puntas de masa en las esquinas de su vela cuadrada. La vela está hecha de una fina película de poliimida , recubierta con aluminio evaporado. Maneja con 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. [42] Células solares de película finatambién están integrados en la vela, impulsando la nave espacial. El diseño es muy confiable, porque el despliegue de los efectos, que es 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 un paracaídas no es una configuración viable para una vela solar. El análisis muestra que una configuración de paracaídas colapsaría por las fuerzas ejercidas por las líneas de la cubierta, ya que la presión de radiación no se comporta como la presión aerodinámica y no actuaría para mantener el paracaídas abierto. [43]

Los diseños de mayor empuje a masa para estructuras desplegables ensambladas en tierra son las velas cuadradas con los mástiles y las cuerdas de sujeción 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 cables de sujeción . Una de las mayores ventajas es que no hay puntos calientes en el aparejo por arrugarse o embolsarse, y la vela protege la estructura del sol. Por lo tanto, esta forma puede acercarse al Sol para obtener el máximo empuje. La mayoría de los diseños gobiernan con pequeñas velas móviles en los extremos de los largueros. [44]

En la década de 1970, el JPL estudió muchas aspas giratorias y velas de anillo para una misión para encontrarse 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 la posición de la vela cambiara, y las oscilaciones se agregarían y causarían fallas estructurales. La diferencia en la relación de empuje a masa entre los diseños prácticos era casi nula y los diseños estáticos eran más fáciles de controlar. [44]

El diseño de referencia de JPL se denominó "heliogyro". Tenía hojas de película de plástico desplegadas desde rodillos y sostenidas por fuerzas centrífugas mientras giraba. La actitud y la 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 de masa sobre una vela cuadrada, seguía siendo atractivo porque el método de desplegar la vela era más simple que un diseño basado en puntales. [44] El CubeSail (UltraSail) es un proyecto activo que tiene como objetivo desplegar una vela heliogyro.

El diseño de Heliogyro es similar a las palas de un helicóptero. El diseño es más rápido de fabricar debido al endurecimiento centrífugo ligero de las velas. Además, son altamente eficientes en costo y velocidad porque las hojas son livianas y largas. A diferencia de los diseños de disco cuadrado y giratorio, el heliogyro es más fácil de desplegar porque las cuchillas 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 a través del 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 equilibrar la distribución del peso y garantizar un vuelo estable. [44]

El JPL también investigó las "velas de anillo" (Vela de disco giratorio en el diagrama anterior), paneles unidos al borde de una nave espacial giratoria. Los paneles tendrían pequeños huecos, alrededor del uno al 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 tripuladas. El anillo interior, en particular, podría tener una gravedad artificial aproximadamente igual a la gravedad en la superficie de Marte. [44]

Una vela solar puede cumplir una doble función como antena de alta ganancia. [45] Los diseños difieren, pero la mayoría modifica el patrón de metalización para crear una lente o espejo monocromático holográfico en las frecuencias de radio de interés, incluida la luz visible. [45]

Vela de viento solar eléctrica [ editar ]

Pekka Janhunen de FMI ha inventado un tipo de vela solar llamada vela de viento solar eléctrica . [46] Mecánicamente, tiene poco en común con el diseño tradicional de velas solares. Las velas se reemplazan con correas (cables) conductores enderezados colocados radialmente alrededor del barco anfitrión. Los cables se cargan eléctricamente para crear un campo eléctrico.alrededor de los cables. El campo eléctrico se extiende unas pocas decenas de metros hacia el plasma del viento solar circundante. Los electrones solares se reflejan en el campo eléctrico (como los fotones en una vela solar tradicional). El radio de la vela proviene del campo eléctrico en lugar del propio cable, lo que hace que la vela sea más ligera. La embarcación también se puede dirigir regulando la carga eléctrica de los cables. Una vela eléctrica práctica tendría entre 50 y 100 cables enderezados con una longitud de unos 20 km cada uno. [ cita requerida ]

Las velas de viento solar eléctricas pueden ajustar sus campos electrostáticos y las actitudes de las velas.

Vela magnética [ editar ]

Una vela magnética también emplearía el viento solar. Sin embargo, el campo magnético desvía las partículas cargadas eléctricamente en el viento. Utiliza bucles de alambre y pasa una corriente estática a través de ellos en lugar de aplicar un voltaje estático. [47]

Todos estos diseños maniobran, aunque los mecanismos son diferentes.

Las velas magnéticas doblan el camino de los protones cargados que están en el viento solar . Al cambiar las actitudes de las velas y el tamaño de los campos magnéticos, pueden cambiar la cantidad y la dirección del empuje.

Fabricación de velas [ editar ]

Materiales [ editar ]

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 de Kapton aluminizada de 2 µm . El polímero proporciona soporte mecánico y flexibilidad, mientras que la fina capa de metal proporciona la reflectividad. Dicho material resiste el calor de un paso cercano al Sol y aún permanece razonablemente fuerte. La película reflectante de aluminio está en el lado del sol. Las velas del Cosmos 1 estaban hechas de película de PET aluminizado ( Mylar ).

Eric Drexler desarrolló un concepto para una vela en la que se eliminó el polímero. [48] Propuso velas solares de gran empuje a masa e hizo prototipos del material de la vela. Su vela utilizaría paneles de película delgada de aluminio (de 30 a 100 nanómetros de espesor) sostenidos por un tensorestructura. La vela giraría y tendría que estar continuamente empujada. 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 planeaba basarse en la producción espacial de los paneles de película, uniéndolos a una estructura de tensión desplegable. Las velas de esta clase ofrecerían un área alta por unidad de masa y, por lo tanto, aceleraciones hasta "cincuenta veces más altas" que los diseños basados ​​en películas plásticas desplegables. [48]El material desarrollado para la vela solar Drexler fue una fina película de aluminio con un grosor de referencia 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 una resistencia y solidez 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 , mostró que varios materiales como alúmina para velas de luz láser y fibra de carbono para velas de luz empujadas por microondas eran materiales de vela superiores a las películas de aluminio o Kapton previamente estándar. [49]

En 2000, Energy Science Laboratories desarrolló un nuevo material de fibra de carbono que podría ser útil para velas solares. [50] [51] El material es 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 mismo 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 solo se han producido en condiciones de laboratorio, y aún no se dispone de los medios para fabricarlos a escala industrial, dichos materiales podrían tener una masa inferior a 0,1 g / m 2 , [52] haciéndolos más ligeros que cualquier material actual. material de la vela por un factor de al menos 30. A modo de comparación, el material de la vela Mylar de 5 micrómetros de espesor tiene una masa de 7 g / m 2 , las películas de Kapton aluminizadas tienen una masa de hasta 12 g / m2 , [44] y el nuevo material de fibra de carbono de Energy Science Laboratories pesa 3 g / m 2 . [50]

El metal menos denso es el litio , aproximadamente 5 veces menos denso que el aluminio. Las superficies frescas y sin oxidar son reflectantes. Con un espesor de 20 nm, el litio tiene una densidad de área de 0,011 g / m 2 . Una vela de alto rendimiento podría estar hecha de litio solo a 20 nm (sin capa de emisión). Tendría que fabricarse en el espacio y no usarse 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 da un número de ligereza de 67 y una c de unos 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]

Capas de reflexión y emisividad [ editar ]

El aluminio es la elección común para la capa de reflexión. Por lo general, tiene un grosor 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 película plástica. 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. [53]

Fabricación [ editar ]

Las velas se fabrican en la Tierra sobre largas mesas donde las cintas se desenrollan y unen para crear las velas. El material de la vela debía tener el menor peso posible porque requeriría el uso de la lanzadera para llevar la nave a la órbita. Por lo tanto, estas velas se empaquetan, lanzan y despliegan en el espacio. [54]

En el futuro, la fabricación podría tener lugar en órbita dentro de grandes marcos que sostienen la vela. Esto daría como resultado velas de menor masa y la eliminación del riesgo de falla en el despliegue.

Operaciones [ editar ]

Una vela solar puede girar en espiral hacia adentro o hacia afuera estableciendo el ángulo de la vela

Cambio de órbitas [ editar ]

Las operaciones de navegación son más simples en órbitas interplanetarias, donde los cambios de altitud se realizan a velocidades bajas. Para trayectorias con límites 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 mueva más lejos del Sol. Para trayectorias hacia adentro, el vector de fuerza de la vela está orientado 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 solo la gravedad del Sol empuja la nave hacia el Sol; no hay analogía con la virada de un velero a barlovento. Para cambiar la inclinación orbital, el vector de fuerza se gira fuera 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 contra la dirección del movimiento para una espiral hacia adentro.

Las optimizaciones de trayectoria a menudo pueden requerir intervalos de empuje reducido o cero. Esto se puede lograr haciendo rodar la embarcación alrededor de la línea del sol con la vela colocada en un ángulo apropiado para reducir o eliminar el empuje. [2]

Maniobras de swing-by [ editar ]

Se puede usar 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 las carreras hacia el Sistema Solar exterior. El acercamiento óptimo al Sol se realiza aumentando la excentricidad orbital mientras se mantiene el nivel de energía tan alto como sea posible. 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 sobre 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 pasaje cerrado. Una embarcación de vela que llega a una estrella puede utilizar un pasaje cercano para reducir la energía,que también se aplica a una embarcación de vela 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 swing-by para obtener direcciones favorables de salida o llegada con respecto a la Tierra.

También podría emplearse un giro planetario similar a lo que se hace con las naves espaciales en cabotaje, pero es posible que no existan buenas alineaciones debido a los requisitos para la optimización general de la trayectoria. [55]

La siguiente tabla enumera algunos conceptos de ejemplo que utilizan la propulsión láser de haz según lo propuesto por el físico Robert L. Forward : [56]

Catálogo de viajes interestelares para utilizar ayudas fotogravitacionales para un punto final. [ editar ]

  • Las sucesivas asistencias en α Cen A y B podrían permitir tiempos de viaje de 75 años a ambas estrellas.
  • Lightsail tiene una relación masa-superficie nominal (σ nom ) de 8,6 × 10 −4 gramos m −2 para una vela de clase grafeno nominal.
  • Área del Lightsail, aproximadamente 10 5 m 2 = (316 m) 2
  • Velocidad hasta 37.300 km s −1 (12,5% c)

. Ref: [57]

Proyectos en funcionamiento o finalizados [ editar ]

Control de actitud (orientación) [ editar ]

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 paneles 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 hace pequeños ajustes en el equilibrio del par.

Pruebas de despliegue en tierra [ editar ]

La NASA ha probado con éxito tecnologías de despliegue en velas de pequeña escala en cámaras de vacío. [58]

El 4 de febrero de 1993, el Znamya 2 , un reflector de mylar aluminizado de 20 metros de ancho, se desplegó con éxito desde la estación espacial rusa Mir . Aunque el despliegue tuvo éxito, no se demostró la propulsión. Una segunda prueba, Znamya 2.5 , no se implementó correctamente.

En 1999, se probó en tierra un despliegue a gran escala de una vela solar en DLR / ESA en Colonia. [59]

Pruebas suborbitales [ editar ]

Un proyecto privado conjunto entre Planetary Society , Cosmos Studios y la Academia de Ciencias de Rusia en 2001 realizó una prueba de prototipo suborbital, que falló debido a la falla del cohete.

Una vela solar de 15 metros de diámetro (SSP, subcarga de vela solar, soraseiru sabupeiro-do ) se lanzó junto con ASTRO-F en un cohete MV el 21 de febrero de 2006 y se puso en órbita. Se desplegó desde el escenario, pero se abrió de forma incompleta. [60]

El 9 de agosto de 2004, el ISAS japonés desplegó con éxito dos prototipos de velas solares de 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 utilizaron una película de 7,5 micrómetros . El experimento probó puramente los mecanismos de despliegue, no la propulsión. [61]

IKAROS 2010 [ editar ]

El modelo de IKAROS en el 61o Congreso Astronáutico Internacional de 2010

El 21 de mayo de 2010, la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) lanzó el mundo primer 's interplanetaria vela solar nave espacial " Ikaros " ( I nterplanetary K ite-artesanal Un ccelerated por R adiation O f del S ONU ) a Venus. [62] Utilizando un nuevo método de propulsión de fotones solares, [63] fue la primera verdadera nave espacial de vela solar totalmente propulsada por la luz solar, [64] [65] y fue la primera nave espacial en tener éxito en el vuelo de vela solar. [66]

JAXA probó con éxito IKAROS en 2010. El objetivo era desplegar y controlar la vela y, por primera vez, determinar las perturbaciones diminutas de la órbita causadas por la presión ligera. La determinación de la órbita fue realizada por la cercana sonda AKATSUKI de la que se separó IKAROS después de que ambas se hubieran puesto en una órbita de transferencia a Venus. El efecto total durante el vuelo de seis meses fue de 100 m / s. [67]

Hasta 2010, no se habían utilizado con éxito velas solares en el espacio como sistemas de propulsión primarios. El 21 de mayo de 2010, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) lanzó la nave espacial IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun), que desplegó una vela solar experimental de poliimida de 200 m 2 el 10 de junio. [68] [69] [70]En julio comenzó la siguiente fase para la demostración de 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-tasa (RARR) que se calcula nuevamente además de los datos de la velocidad de aceleración de la relativización. de IKAROS entre IKAROS y la Tierra que se ha tomado desde antes de que se utilizara el efecto Doppler. [71] Los datos mostraron que IKAROS parece haber estado navegando por el sol desde el 3 de junio cuando desplegó la vela.

IKAROS tiene una vela cuadrada que gira en diagonal de 14 × 14 m (196 m 2 ) hecha de una hoja de poliimida de 7,5 micrómetros (0,0075 mm) de espesor . La hoja de poliimida tenía una masa de aproximadamente 10 gramos por metro cuadrado. Una matriz solar de película delgada está incrustada en la vela. Ocho paneles LCD están integrados en la vela, cuya reflectancia se puede ajustar para controlar la actitud . [72] [73] IKAROS pasó seis meses viajando a Venus y luego comenzó un viaje de tres años hacia el otro lado del Sol. [74]

NanoSail-D 2010 [ editar ]

Una foto de la vela solar experimental, NanoSail-D.

Un equipo del Centro de Vuelo Espacial Marshall 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 . [75] [76] La segunda versión de respaldo, NanoSail-D2 , también llamada a veces simplemente NanoSail-D, [77] se lanzó con FASTSAT en un Minotaur IVel 19 de noviembre de 2010, convirtiéndose en la primera vela solar de la NASA desplegada en órbita terrestre baja. 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" de desorbitar satélites muertos y desechos espaciales. [78] La estructura del NanoSail-D estaba hecha de aluminio y plástico, y la nave espacial pesaba menos de 10 libras (4,5 kg). La vela tiene unos 100 pies cuadrados (9,3 m 2 ) de superficie que capta la luz. Después de algunos problemas iniciales con el despliegue, se desplegó la vela solar y, en el transcurso de su misión de 240 días, se informó que produjo una "gran cantidad de datos" sobre el uso de velas solares como dispositivos de desorbitación pasiva. [79]

La NASA lanzó la segunda unidad NanoSail-D guardada 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 solo se produjo el 20 de enero de 2011. [80 ]

Proyectos LightSail de Planetary Society [ editar ]

El 21 de junio de 2005, un proyecto privado conjunto entre Planetary Society , Cosmos Studios y Russian Academy of Science 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 pudo alcanzar la órbita. Tenían la intención de usar la vela para elevar gradualmente la nave espacial a una órbita terrestre más alta durante una misión de un mes. El intento de lanzamiento despertó el interés público según Louis Friedman. [81] 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 interés renovado en la tecnología de velas solares.

En el 75º cumpleaños de Carl Sagan (9 de noviembre de 2009), la Sociedad Planetaria anunció planes [82] para realizar tres intentos más, denominados LightSail-1 , -2 y -3. [83] El nuevo diseño utilizará una vela Mylar de 32 m 2 , desplegada en cuatro segmentos triangulares como NanoSail-D. [83] La configuración de lanzamiento es un formato 3U CubeSat y, a partir de 2015, se programó como una carga útil secundaria para un lanzamiento de 2016 en el primer lanzamiento de SpaceX Falcon Heavy . [84]

" LightSail-1 " se lanzó el 20 de mayo de 2015. [85] El propósito de la prueba era permitir una verificación completa de los sistemas del satélite antes de LightSail-2. Su órbita de despliegue no fue lo suficientemente alta como 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. [86]

Proyectos en desarrollo o propuestos [ editar ]

A pesar de las pérdidas de Cosmos 1 y NanoSail-D (que se debieron a fallas de sus lanzadores), los científicos e ingenieros de todo el mundo siguen animados y continúan trabajando en velas solares. Si bien la mayoría de las aplicaciones directas creadas hasta ahora pretenden utilizar las velas como modos económicos 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 la vela haciendo avances. El desarrollo de velas solares para vuelos espaciales tripulados está todavía en su infancia.

Sunjammer 2015 [ editar ]

Se estaba desarrollando una embarcación de vela de demostración tecnológica, denominada Sunjammer , con la intención de demostrar la viabilidad y el valor de la tecnología de navegación. [87] Sunjammer tenía una vela cuadrada de 124 pies (38 metros) de ancho en cada lado (área total de 13.000 pies cuadrados o 1.208 metros cuadrados). Habría viajado desde el punto Lagrangiano Sol-Tierra L 1 a 900.000 millas de la Tierra (1,5 millones de km) a una distancia de 1.864.114 millas (3 millones de kilómetros). [88] Se esperaba que la demostración se lanzara en un Falcon 9 en enero de 2015. [89] Habría sido una carga útil secundaria, liberada después de la colocación del satélite climático DSCOVR en el punto L1.[89] Citando la falta de confianza en la capacidad deentregade su contratista L'Garde , la misión fue cancelada en octubre de 2014. [90]

Gossamer deorbit sail [ editar ]

En diciembre de 2013 , la Agencia Espacial Europea (ESA) ha propuesto una vela de salida de órbita, llamada " Gossamer ", que estaría destinada a acelerar la salida de órbita de satélites artificiales pequeños (menos de 700 kilogramos (1.500 lb)) desde baja Órbitas terrestres . La masa de lanzamiento es de 2 kilogramos (4,4 libras) con un volumen de lanzamiento de solo 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 en la vela y una mayor resistencia atmosférica para acelerar la reentrada del satélite . [33]

NEA Scout [ editar ]

Concepto NEA Scout : una nave espacial de vela solar controlable CubeSat

La cercanos a la Tierra de asteroides Scout (NEA scout) es una misión siendo desarrollado conjuntamente por la NASA 's Centro Espacial Marshall de Vuelos (MSFC) y el Jet Propulsion Laboratory (JPL), que consiste en un bajo costo controlable Cubesat nave espacial vela solar capaz de encontrar asteroides cercanos a la Tierra (NEA). [91] Se desplegarían cuatro barreras de 7 m (23 pies), desplegando la vela solar de poliimida aluminizada de 83 m 2 (890 pies cuadrados). [92] [93] [94] En 2015, la NASA anunció que había seleccionado a NEA Scout para su lanzamiento como una de varias cargas útiles secundarias a bordo del Artemis 1 , el primer vuelo del SLS de carga pesada de la agencia.vehículo de lanzamiento. [95]

OKEANOS [ editar ]

OKEANOS (nave cometa de gran tamaño para la exploración y la astronáutica en el sistema solar exterior) fue un concepto de misión propuesto por la japonesa JAXA 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 por contacto directo o utilizando un módulo de aterrizaje que lleva un espectrómetro de masas de alta resolución. Un módulo de aterrizaje y un retorno de muestra a la Tierra eran opciones en estudio. [96] El OKEANOS Troyanos de Júpiter Asteroide Explorador fue finalista para la japonesa ISAS 'Segunda misión de clase grande que se lanzará a fines de la década de 2020. Sin embargo, no fue seleccionado.

Breakthrough Starshot [ editar ]

El proyecto Breakthrough Starshot, bien financiado, anunciado el 12 de abril de 2016, tiene como objetivo desarrollar una flota de 1000 nanocrautas ligeras con cámaras en miniatura, impulsadas por láseres terrestres y enviarlas a Alpha Centauri al 20% de la velocidad de la luz. [97] [98] [99] El viaje tomaría 20 años.

Crucero solar [ editar ]

En agosto de 2019, la NASA otorgó al equipo de Solar Cruiser $ 400,000 para estudios de concepto de misión de nueve meses. La nave espacial tendría una vela solar de 1.672 m 2 (18.000 pies cuadrados) y orbitaría al 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 . [100] Si se selecciona para el desarrollo, se lanzará en 2024. [100]

En la cultura popular [ editar ]

Una tecnología similar fue el tema del episodio Exploradores de Star Trek: Deep Space Nine . En el episodio, las naves luces 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.). [101] [ fuente no primaria necesaria ] En el 2002 Star Wars película El Ataque de los Clones el principal villano Conde Dooku fue visto usando una nave espacial con velas solares. [102]

Ver también [ editar ]

  • CubeSail  : una nave espacial de vela solar planificada
  • Extraterrestre: el primer signo de vida inteligente más allá de la Tierra  - libro de divulgación científica 2021 de Avi Loeb
  • Elevación óptica
  • Efecto Poynting-Robertson  : proceso en el que la radiación solar hace que un grano de polvo que orbita una estrella pierda momento angular
  • Technosignature  : propiedad que proporciona evidencia científica de la presencia de tecnología
  • Efecto Yarkovsky

Referencias [ editar ]

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Bibliografía [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • "Deflecting Asteroids" por Gregory L. Matloff, IEEE Spectrum, abril de 2012
  • Proyecto de navegación solar de Planetary Society
  • La vela de fotones solares llega a la mayoría de edad por Gregory L. Matloff
  • Sitio de la misión de la NASA para NanoSail-D
  • Misión NanoSail-D : Dana Coulter, "NASA to Attempt Historic Solar Sail Deployment" , NASA, 28 de junio de 2008
  • Caminos lejanos al espacio: velas solares de la NASA
  • Solar Sails Colección completa de información y referencias de velas solares, mantenida por Benjamin Diedrich. Buenos diagramas que muestran cómo deben virar los navegantes ligeros.
  • Sitio multilingüe de U3P con noticias y simuladores de vuelo
  • Película de vela solar desplegada por ISAS en el espacio
  • Sugerencia de una vela solar con enrollamiento enrollable, propulsión híbrida y una estación central de atraque y carga útil.
  • Entrevista con el JPL de la NASA sobre tecnología y misiones de velas solares
  • Sitio web con archivos técnicos en pdf sobre navegación solar, incluido el informe de la NASA y conferencias en la Escuela de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Roma
  • Conceptos avanzados de velas de luz impulsadas por láser y energía solar
  • Andrews, DG (2003). "Transporte interestelar utilizando la física actual" (PDF) . Documento AIAA 2003-4691 . Archivado desde el original (PDF) el 11 de marzo de 2006.
  • www.aibep.org: sitio oficial del Instituto Americano de Propulsión Energética por Rayos
  • Space Sailing Velero conceptos, operaciones e historia del concepto
  • Sitio web de Bernd Dachwald Amplia información sobre propulsión de velas y misiones