Vela solar
Una vela solar és un método de propulsió per a sondes i naus espacials alternatiu o complementari a l'us de motors. Les veles solars capten espentes produïts per fonts externes a la pròpia nau, de manera que esta no necessita transportar en si ni motor ni combustible, allaugerant considerablement el pes de la nau, i podent alcançar aixina majors velocitats.
En funció de la font d'impuls que pretenguen captar, les veles solars es classifiquen en dos grans grups:
Vés-les de fotons o fotòniques, compostes per làmines reflectantes molt llaugeres, capaces d'aprofitar la pressió lumínica de la radiació solar. Ademés dels fotons d'orige solar, les veles poden dissenyar-se per a aprofitar atres tipos d'ones electromagnètiques com a rajos làser o microones. Les veles solars es basen en un fenomen l'efecte del qual està comprovat i medit per l'astrodinámica. La pressió de radiació solar afecta a totes les aeronaus espacials, ya siga en l'espai entre planetes o be en una òrbita al voltant d'un planeta o cos chicotet. Vés-les de plasma, que generen un camp elèctric o magnètic capaç d'interceptar el plasma del vent solar. En funció del camp que generen es denominen vés-les magnètiques o vés-les elèctriques.
Per l'escassa potència que oferixen, les naus en veles solars necessiten ser llançades a l'espai per un eixida. Fòra de l'atmòsfera, la seua acceleració és llenta, pero l'espente s'aplica de forma ininterrompuda, per lo que en el temps la nau pot alcançar velocitats superiors a les conseguides per mig de propulsió a chorrada, oferint la possibilitat d'operacions de baix cost econòmic combinat en una llarga vida útil.
Fins al moment solament s'ha conseguit llançar en èxit la sonda IKAROS (21 de maig de 2010) llançat per la JAXA, parcialment impulsada per este método, NanoSail-D2 (20 de novembre de 2010) llançada per la NASA per a provar el desplegament d'una vela de 10 m² en l'orbita terrestre en el seu posterior reentrada per roçament atmosfèric als 240 dias, la missió LightSail 2 (25 de juny de 2019) de la Societat Planetària,[1] en una vela de 32 m² va demostrar que es pot canviar l'orbita solament usant pressió solar.[2] En 2022 la NASA va seleccionar el proyecte Diffractive Solar Sailing dins del programa NIAC, en l'objectiu de desenrollar vés-les difractivas que usen reixetes incrustades en películes primes per a aprofitar millor la llum solar.[3] Fins ara les veles estava fetes d'un polímer plàstic recobert d'una fina capa d'alumini, proporcionant resistència i reflectividad, com el Kapton o el BoPET, pero actualment està en desenroll materials basats en nanofibras de carbono, que són més llaugeres, resistents, i termicamente més estables, permetent a la nau en la vés-l'acostar-se més al sol per a guanyar més espente.
S'ha demostrat que una nau impulsada en una vela solar en una òrbita lo suficientment propenca al Sol pot aplegar a alcançar velocitats d'escape del sistema solar.[4]
En 2026 s'ha desenrollat un nou tipo de vela llaugera de cristal fotònic. Este material nanoestructurado pot ser clau per a resoldre problemes d'anteriors models de polímer recoberts de metal, que absorbixen la llum i es degraden en calfar-se. Esta nova tecnologia ha segut desenrollada per investigadors de l'Universitat de Tuskegee, en Alabama.[5]
S'ha dit que les veles solars són «l'única tecnologia coneguda que algun dia podria dur-nos a les estreles».
Història
.jpg)
L'efecte de la pressió solar va ser senyalat en el XVII per Johannes Kepler, en observar que la coa dels cometas apuntava en direcció oposta al Sol.[6] En 1873 James Clerk Maxwell va formular matemàticament la pressió de radiació en la seua teoria del electromagnetisme. En 1899 Piotr Lébedev la va confirmar experimentalment.[7]
Durant el XX el concepte va ser refinat per Konstantín Tsiolkovski i Friedrich Zander. El primer artícul tècnic sobre veles solars va ser «Clipper Ships of Space» (1951) de Carl A. Wiley.[8]
La NASA, l'ESA i la JAXA han desenrollat proyectes experimentals, com IKAROS (2010), NanoSail-D2 (2011) i LightSail-2 (2019), demostrant el principi de navegació solar.[9]
En 2022, la NASA va seleccionar el proyecte Diffractive Solar Sailing per a fase alvançada del programa NIAC, buscant vés-les més eficients en ànguls i maniobrabilidad.[3]
Funcionament
Un fotó es pot considerar com una propagació llineal d'energia en forma d'ona electromagnètica. L'energia d'un fotó ve donada per l'expressió I = hc/λ = hν. En entrar en contacte en certs materials en lloc de ser absorbits poden aplegar a rebotar, com ho faria una canica contra una paret, de manera que segons la física clàssica el fotó transmetria part de la seua energia cinètica a la paret (o al material contra el que rebote). Per això es busquen materials ultrallaugers que reflectixquen molt ben la llum. Una vela solar reflectix fotons del Sol, transferint el seu moment llineal a la nau. La pressió de radiació en l'òrbita terrestre és de 9 μN/m², lo que equival a un espente molt chicotet pero constant.[10]
La força eixercida sobre una vela i per tant l'acceleració real de la mateixa varien en l'inversa de la distància al Sol al quadrat, és dir, la força disminuïx ràpidament a mida que nos alluntem del Sol. També varia en el quadrat del coseno de l'àngul entre el vector força de la vela i el radial al Sol.
Encara que l'acceleració inicial és baixa (de l'orde d'1 mm/s²), l'espente continu permet alcançar velocitats de decenes de km/s en mesos o anys, superant a sondes en eixides químiques.
Llimitacions
No poden usar-se en òrbites baixes pel roçament atmosfèric. Tenen problemes de maniobrabilidad i requerixen vés-les molt grans (centenars de metros per costat). La transferència d'energia fotònica és extremadament chicoteta, lo que exigix materials ultrallaugers i reflectantes.[11] La pressió de radiació solar també afecta a l'orientació.
Eixemples moderns
IKAROS (JAXA, 2010): primera sonda en demostrar propulsió solar en l'espai interplanetari. NanoSail-D2 (NASA, 2010): primera vés-la solar en òrbita terrestre baixa. LightSail 2 (Societat Planetària, 2019): primera en demostrar control de navegació en pressió solar. Diffractive Solar Sailing (NASA NIAC, en desenroll des de 2022).
Vés-les en la ciència ficció
L'idea ha inspirat a autors com Arthur C. Clarke en Sunjammer (1964), Larry Niven en Món Anelle (1970), i sagues com Star Wars o Star Trek. També apareix en la película El planeta del tesor (2002) de Disney.[12]
Vore també
Propulsió chorrada Pressió de radiació Vent solar LightSail-2 IKAROS
Referències
- ↑ «[1]», The Planetary Society. Consultat el 31 d'agost de 2025.
- ↑ «[2]», EUREKA. Consultat el 10 de novembre de 2025.
- ↑ 3,0 3,1 «[3]». Consultat el 11 de juliol de 2022.
- ↑ «».
- ↑ «¿Viages interplanetarios sense combustible? En esta vela de cristal seria possible». National Geographic (Espanya).
- ↑ «La propulsió fotònica». Consultat el 15 de març de 2009.
- ↑ «Pyotr Nikolayevich Lebedev». Consultat el 15 de març de 2009.
- ↑ «The History of Solar Sailing» (en anglés). planetary.org. Archivat des d'el original, el 13 d'agost de 2008. Consultat el 13 de febrer de 2013.
- ↑ «Small Solar Power Sail Demonstrator: IKAROS». Consultat el 17 de juliol de 2010.
- ↑ Christopher Neufeld. «The Physics of Solar Sailing». Consultat el 8 de giner de 2016.
- ↑ «Solar Sails for Space Exploration» (en anglés). Consultat el 15 de març de 2009.
- ↑ «Solar Sails in Science Fiction» (PDF). Consultat el 15 de març de 2009.
Enllaços externs
Una breu història sobre les veles solars – NASA Union pour la Promotion de la Propulsion Photonique (en francés)
Referències
- Este artícul conté una traducció derivada de «Vela solar» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.