Un nuevo tipo de vela solar (difractiva) podría revolucionar la exploración espacial

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En el programa Conceptos avanzados innovadores de la NASA (NIAC), la agencia espacial estadounidense ha seleccionado un proyecto de vela solar, que puede allanar el camino hacia nuevos destinos. Esta innovación, llamada Diffractive Solar Sail, podría ser mucho más eficiente que las velas solares existentes. Gracias al fenómeno de la difracción, puede aprovechar al máximo toda la luz solar que recoge. Por lo tanto, una nave espacial equipada con esta vela sería más eficiente y más maniobrable.

La mayoría de las naves espaciales actuales funcionan con motores de cohetes propulsores o motores iónicos. Por lo tanto, es extraño imaginar un velero viajando por el espacio. Sin embargo, la propulsión de velas solares ya ha demostrado su eficacia. Debido al bajo empuje que genera, este dispositivo obviamente no permite que una máquina despegue del suelo, pero es bastante útil en dispositivos en órbita o que hayan alcanzado la velocidad de escape.

El concepto fue probado en particular por la agencia espacial japonesa (JAXA), que en 2010 lanzó tu barco IKAROS equipado con una vela solar de poliimida de 200 m², cubierta con células solares en un 10% de su superficie. Esta demostración tecnológica tuvo como objetivo evaluar el desempeño de este tipo de propulsión. Más recientemente, Planetary Society, una organización global sin fines de lucro dedicada a la exploración espacial, también probó la navegación solar a través de dos proyectos, LightSail 1 y vela encendida 2, lanzado en 2015 y 2019, respectivamente. LightSail 2 continúa su misión hoy y permite la recopilación de datos esenciales sobre este modo de propulsión.

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Una vela basada en el fenómeno de la difracción

Las velas solares funcionan debido a la presión que ejercen los fotones de la luz solar (llamada presión de radiación) cuando golpean su superficie. Esta fuerza es relativamente débil, pero cuanto más grande y reflectante es la vela, más aumenta (si la partícula se refleja en lugar de absorberse, transmite el doble de su impulso). Modificando la inclinación de la vela, es posible actuar sobre la fuerza aplicada -ofreciendo más o menos superficie de vela a la luz- y así gobernar el barco (como un velero).

La principal ventaja de este modo de propulsión es que permite dispensar combustible, lo que le da a la nave espacial un alcance muy largo para explorar el sistema solar. Sin embargo, el concepto muestra ciertos límites: el empuje es máximo solo cuando los rayos de luz se dirigen directamente a la vela. Por lo tanto, las capacidades de maniobra son limitadas, ya que un barco equipado con una vela de este tipo no puede moverse en ninguna dirección.

El diseño de la vela solar difractiva pretende precisamente eludir este «defecto». De hecho, esta tecnología explota el fenómeno de la difracción de la luz. Cuando las ondas de luz se encuentran con los bordes de un obstáculo (por ejemplo, una grieta o cualquier otra abertura estrecha en un panel opaco), se desvían de su trayectoria inicial y se propagan en varias direcciones en el otro lado. Este es exactamente el efecto que busca esta nueva vela solar: constará, por tanto, de varias pequeñas redes, integradas en finas películas, que distribuirán la luz recibida por toda la vela. En teoría, esto permitirá que la nave espacial use la luz solar de manera más eficiente sin sacrificar la maniobrabilidad.

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Esta tecnología podría permitir misiones a lugares particularmente difíciles de alcanzar a través de modos tradicionales de propulsión, como las órbitas alrededor de los polos del Sol. Los instrumentos científicos colocados en esta posición mejorarían nuestra comprensión del Sol, así como nuestra capacidad para predecir el clima espacial.

Un proyecto crucial para la ciencia heliofísica

» Explorar el universo significa que necesitamos nuevas herramientas, nuevas ideas y nuevas formas de movernos. », dijo Jim Reuters en un comunicado, Administrador Asociado, Dirección de Misión de Tecnología Espacial (STMD) de la NASA. Por eso, la NASA no duda en invertir en los proyectos más creativos y prometedores. » Nuestro objetivo es cambiar lo posible, y Diffractive Solar Sail promete hacerlo para una gran cantidad de nuevas y emocionantes aplicaciones de misión. agregó Mike LaPointe, gerente interino del programa NIAC.

Ahora que la Vela Solar Difractiva ha sido seleccionada para la Fase III del programa NIAC, el equipo del proyecto, dirigido por Amber Dubill del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, Maryland, tiene una financiación de $ 2 millones durante dos años para continuar. el proyecto. desarrollo de su tecnología.

La vela debe ser fuerte y ligera. Gracias al fenómeno de la difracción, puede ser más pequeña que las velas solares probadas hasta ahora. Dubill y sus colegas ya diseñaron, crearon y probaron diferentes tipos de materiales para velos de difracción; su nueva financiación optimizará aún más este material. También está previsto realizar varias pruebas en tierra para prepararse mejor para futuras misiones.

El equipo confía en que su vela difractiva proporcionará capacidades de observación solar sin precedentes; también planea colocar una constelación completa de velas solares difractivas alrededor del Sol, para recopilar imágenes y otros datos. « Con la experiencia combinada de nuestro equipo en óptica, aeroespacial, navegación solar tradicional y metamateriales, esperamos permitir que los científicos estudien el Sol como nunca antes. dijo el director del proyecto.

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Fuente: NASA

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