Vela solar

Probe espacial IKAROS con vela solar en vuelo (representación artística) mostrando una configuración típica de la vela cuadrada

Las velas solares (también conocidas como velas ligeras y velas fotónicas) son un método de propulsión de naves espaciales que utiliza la presión de radiación ejercida por la luz solar en 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 para 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 que la que sería posible usando la luz solar, un concepto conocido como haz de navegación. Las embarcaciones de vela solar ofrecen la posibilidad de operaciones de bajo costo combinadas con una vida útil prolongada. Dado que tienen pocas piezas móviles y no utilizan propulsor, pueden utilizarse potencialmente 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.

La fuerza total ejercida sobre una vela solar de 800 x 800 metros, por ejemplo, es de unos 5 N (1,1 lbf) a la distancia de la Tierra del Sol, lo que la convierte en un sistema de propulsión de bajo empuje, similar a una nave espacial. propulsado 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 ser considerado una forma potencial de propulsar naves espaciales.

Historia del concepto

Johannes Kepler observó que las colas de los cometas se alejan del Sol y sugirió que el Sol causó el efecto. En una carta a Galileo en 1610, escribió: "Proporcione barcos o velas adaptadas a las brisas celestiales, y habrá algunos que desafiarán incluso ese vacío". Es posible que tuviera en mente el fenómeno de la cola del cometa cuando escribió esas palabras, aunque sus publicaciones sobre las colas de los cometas se produjeron varios años después.

James Clerk Maxwell, entre 1861 y 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 presión ligera. 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 De la Tierra a la Luna, publicado en 1865, escribió "algún día aparecerán velocidades mucho mayores que estas [de los planetas y el proyectil], de cuya luz o electricidad será probablemente el agente mecánico... algún día viajaremos a la luna, los planetas y las estrellas." 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 la presión ligera, lo que hizo en 1899 con una balanza torsional; Ernest Nichols y Gordon Hull realizaron un experimento independiente similar en 1901 utilizando un radiómetro de Nichols.

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. Aparentemente fue el primer científico en afirmar que la luz podía mover objetos entre las estrellas.

Konstantin Tsiolkovsky primero propuso usar la presión de la luz solar para impulsar naves espaciales a través del espacio y sugirió, 'usar enormes espejos de láminas muy delgadas para utilizar la presión de la luz solar para alcanzar velocidades cósmicas'.

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".

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

J. D. 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 extienda 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, viraba, de ceñida, por el campo gravitatorio, extendiendo de nuevo toda la vela mientras pasaba junto al Sol.

Carl Sagan, en la década de 1970, popularizó la idea de navegar en la luz usando una estructura gigante que reflejaría los fotones en una dirección, creando impulso. Expresó 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 él nunca viviría para finalmente completarla.

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

En 2018, se propuso la difracción como un mecanismo de propulsión de vela solar relacionado con la ventaja de generar menos calor residual.

Principios físicos

Presión de radiación solar

La fuerza impartida a una vela solar surge del impulso de los fotones. El momento de un fotón o de todo un flujo viene dado por la relación de Einstein:

p=E/c{displaystyle 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 momento 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/m² a 1 UA (distancia Tierra-Sol), tal como se revisó en 2011:

• perfecta absorción: F = 4.54 μN por metro cuadrado (4.54 μPa) en la dirección del rayo de incidente (una colisión perfectamente inelástica)
• perfecta reflectancia: 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 alrededor del 90 %, alrededor de 8,17 μN/m², debido a la curvatura (oleaje), las arrugas, la absorbancia, la re-radiación desde adelante y atrás, efectos no especulares y otros factores.

Fuerza en una vela resultados de reflejar el flujo de fotones

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

F=F0#2⁡ ⁡ ()Silencio Silencio )/R2{displaystyle F=F_{0}cos ^{2}(theta)/R^{2} (para una vela ideal)

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

F=F0()0,349+0.662#⁡ ⁡ ()2Silencio Silencio )− − 0,011#⁡ ⁡ ()4Silencio Silencio ))/R2{displaystyle F=F_{0}(0.349+0.662cos(2theta)-0.011cos(4theta)/R^{2}

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.

Si se absorbe parte de la energía, la energía absorbida calentará la vela, que vuelve a irradiar 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 alrededor de 3 a 4 nPa, tres órdenes de magnitud menos que la presión de la radiación solar en una vela reflectante.

Parámetros de vela

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/m². Se representa con la letra griega σ (sigma).

Una embarcación de vela tiene una aceleración característica, a_c, que experimentaría a 1 UA cuando estuviera de frente al Sol. Tenga en cuenta que este valor representa tanto el momento 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:

a_c = 9.08(eficiencia) / σ mm/s²

Suponiendo una eficiencia del 90 %, a_c = 8,17 / σ mm/s²

El número de luminosidad, λ, es la relación adimensional de la aceleración máxima del vehículo dividida por la gravedad local del Sol. Usando los valores en 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 en órbita que son posibles para un buque determinado.

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. Las dimensiones para velas cuadradas y de celosía son bordes. La dimensión para el heliogiro es de punta de pala a punta de pala.

Control de actitud

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 rápido 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 totales en una vela, o conjunto 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 modifica la ola de la vela y desvía algunos elementos de la estructura de soporte, lo que genera 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, el ACS debe compensar todos estos cambios.

Restricciones

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 de 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 son una función de la distancia solar, el ángulo de la vela, la reflectividad y las emisividades delantera y trasera. Una vela se puede usar solo cuando su temperatura se mantiene dentro de sus límites materiales. Por lo general, 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.

Aplicaciones

Las posibles aplicaciones de las embarcaciones a vela abarcan todo el Sistema Solar, desde cerca del Sol hasta las nubes de cometas más allá de Neptuno. La nave puede realizar viajes de ida para entregar cargas o para permanecer en el lugar de destino. Se pueden usar para transportar carga y posiblemente también para viajes humanos.

Planetas interiores

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 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 potencialmente ahorrar más de $10 mil millones en costos de misión."

Las naves de vela solar pueden acercarse al Sol para entregar cargas útiles de observación o tomar posiciones para mantener órbitas. Pueden operar a 0,25 AU o más cerca. Pueden alcanzar altas inclinaciones orbitales, incluso 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 para encuentros o para pasar con la liberación de la carga útil para el frenado aerodinámico.

Planetas exteriores

Los tiempos mínimos de transferencia a los planetas exteriores se benefician del uso de una transferencia indirecta (desplazamiento 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 a_c de 1 mm/s² sin velocidad de salida relativa a la Tierra es de 2 años cuando utilizando una transferencia indirecta (solar swing-by). 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.

Nube de Oort/enfoque de gravedad interior del Sol

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 los objetos distantes como resultado de su paso por el Sol. Este es, por lo 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 efectivamente como una lente de objetivo de telescopio muy grande.

Se ha propuesto que una vela inflada, hecha de berilio, que parta a 0,05 AU del Sol ganaría una aceleración inicial de 36,4 m/s² y alcanzaría una velocidad de 0,00264c (unos 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 UA reduciría la temperatura y la exposición al flujo solar antes mencionadas. Tal vela tardaría "Dos años y medio en alcanzar la heliopausa, seis años y medio en alcanzar el foco gravitacional interno del Sol, y llegar a la Nube de Oort interna en no más de treinta años". "Tal misión podría realizar observaciones astrofísicas útiles en el camino, explorar técnicas de enfoque gravitacional y obtener 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

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 usar una vela 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 llamado por Forward 'statite'. Esto es posible porque la propulsión proporcionada por la vela compensa la atracción gravitacional del Sol. Tal órbita podría ser útil para estudiar las propiedades del Sol durante períodos prolongados. Del mismo modo, una nave espacial equipada con una vela solar 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.

En su libro The Case for Mars, Robert Zubrin señala que la luz solar reflejada por una gran estatita, situada cerca del extremo polar del planeta Marte, podría estar enfocada en uno de los polos marcianos. casquetes polares para calentar significativamente la atmósfera del planeta. Tal statita podría estar hecha de material de asteroide.

Correcciones de trayectoria

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

Vuelo interestelar

En la década de 1970, Robert Forward propuso dos esquemas de propulsión impulsados por rayos que utilizaban láseres o másers para empujar velas gigantes a una fracción significativa de la velocidad de la luz.

En la novela de ciencia ficción Rocheworld, Forward describió una vela ligera propulsada por súper láseres. A medida que la nave se acercaba a su destino, la parte exterior de la vela se desprendía. La vela exterior se reenfocaría y reflejaría los láseres de nuevo en una vela interior más pequeña. Esto proporcionaría un impulso de frenado para detener la nave en el sistema estelar de destino.

Ambos métodos plantean desafíos monumentales de ingeniería. Los láseres tendrían que operar 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. 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 rayo de frenado en la "desaceleración" navegar.

Un enfoque potencialmente más fácil sería usar un máser para impulsar una "vela solar" compuesto por una malla de alambres con el mismo espaciamiento 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 la luz visible. El hipotético "Starwisp" El diseño de la sonda interestelar usaría 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 productos químicos diseñados para evaporarse cuando la radiación de microondas la golpea. El impulso generado por esta evaporación podría aumentar significativamente el empuje generado por las velas solares, como una forma de propulsión láser ablativa ligera.

Para enfocar aún más la energía en una vela solar distante, Forward propuso una lente diseñada como una gran placa de zona. Esto se colocaría en una ubicación entre el láser o máser y la nave espacial.

Otro enfoque físicamente más realista sería usar la luz del Sol para acelerar la nave espacial. La nave primero caería en una órbita haciendo un pase 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 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 exterior 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 a expandir la vida en otro sistema solar. Se podrían obtener velocidades del 0,05 % de la velocidad de la luz con velas solares que transporten cargas útiles de 10 kg, utilizando vehículos de velas solares delgadas con densidades de área efectivas de 0,1 g/m² con velas delgadas de 0,1 µm de grosor y tamaño del orden de un kilómetro cuadrado. Alternativamente, se podrían lanzar enjambres de cápsulas de 1 mm en velas solares con radios de 42 cm, cada una con 10 000 cápsulas de cien millones de microorganismos extremófilos para sembrar vida en diversos entornos objetivo.

Estudios teóricos sugieren velocidades relativistas si la vela solar aprovecha una supernova.

Satélites artificiales fuera de órbita

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 usar una combinación de presión solar en la vela y una mayor resistencia atmosférica para acelerar el reingreso del satélite. Una vela fuera 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. La vela' El objetivo es sacar el satélite de la órbita durante un período de unos 25 años. En julio de 2015, el satélite británico 3U CubeSat llamado DeorbitSail se lanzó al espacio con el propósito de probar una estructura de desorbitado de 16 m², pero finalmente no logró desplegarlo. Una misión 2U CubeSat para estudiantes llamada PW-Sat2, lanzada en diciembre de 2018 y probada con una vela de desorbitación de 4 m². Salió de órbita con éxito en febrero de 2021. En junio de 2017, un segundo CubeSat 3U británico llamado InflateSail desplegó una vela de desorbitación de 10 m² a una altitud de 500 kilómetros (310 mi). En junio de 2017 se ha lanzado en órbita terrestre baja el 3U Cubesat URSAMAIOR para probar el sistema de desorbitación ARTICA desarrollado por Spacemind. El dispositivo, que ocupa solo 0,4 U del cubesat, desplegará una vela de 2,1 m² para sacar de órbita el satélite al final de su vida operativa.

Configuraciones de vela

Ilustración de la NASA del lado sin iluminación de una vela solar de medio kilómetro, mostrando los puntos que estiran la vela.

Un artista representa una nave espacial de tipo Cosmos en órbita

IKAROS, lanzado en 2010, fue el primer vehículo de vela solar práctico. A partir de 2015, todavía estaba en marcha, demostrando la practicidad de una vela solar para misiones de larga duración. Está desplegado por giro, con masas de punta en las esquinas de su vela cuadrada. La vela está hecha de una fina película de poliimida, recubierta con aluminio evaporado. Se dirige 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, giran la vela. Las células solares de película delgada también están integradas en la vela, lo que alimenta la nave espacial. El diseño es muy confiable, porque el despliegue giratorio, 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 la configuración de un 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.

Los diseños de empuje a masa más altos 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 se extienden por 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 arrugas o bolsas, y la vela protege la estructura del sol. Esta forma puede, por lo tanto, acercarse al Sol para un empuje máximo. La mayoría de los diseños gobiernan con pequeñas velas móviles en los extremos de los mástiles.

En la década de 1970, el JPL estudió muchas aspas giratorias y velas anulares 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 las cargas dinámicas. Las velas más débiles ondearían 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.

El diseño de referencia del JPL se llamó "heliogiro". Tenía cuchillas de película plástica desplegadas desde rodillos y sostenidas por fuerzas centrífugas mientras giraba. La actitud y la dirección de la nave espacial debían controlarse por completo cambiando el ángulo de las palas de varias maneras, de forma similar al paso cíclico y colectivo de un helicóptero. Aunque el diseño no tenía ventaja de masa sobre una vela cuadrada, siguió siendo atractivo porque el método de despliegue de la vela era más simple que un diseño basado en puntales. El CubeSail (UltraSail) es un proyecto activo que tiene como objetivo desplegar una vela heliogiro.

El diseño de Heliogyro es similar a las aspas de un helicóptero. El diseño es más rápido de fabricar debido 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 de disco cuadrado y giratorio, el heliogiro es más fácil de implementar porque las palas están compactadas en un carrete. Las palas se despliegan cuando se están desplegando 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.

JPL también investigó "ring sails" (Vela de disco giratorio en el diagrama anterior), paneles unidos al borde de una nave espacial giratoria. Los paneles tendrían pequeños espacios, 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 la conicidad causada por la presión de 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.

Una vela solar puede tener una doble función como antena de alta ganancia. 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.

Vela eólica solar eléctrica

Pekka Janhunen de FMI ha propuesto un tipo de vela solar llamada vela eólica solar eléctrica. Mecánicamente tiene poco en común con el diseño tradicional de vela solar. Las velas se reemplazan con ataduras (alambres) 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 en el plasma del viento solar circundante. Los electrones solares son reflejados por 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.

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

Vela magnética

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.

Todos estos diseños maniobran, aunque los mecanismos son diferentes.

Las velas magnéticas doblan la trayectoria de los protones cargados que se encuentran en el viento solar. Cambiando las velas' actitudes y el tamaño de los campos magnéticos, pueden cambiar la cantidad y la dirección del empuje.

Fabricación de velas

Material propuesto para la construcción de velas solares - fibra de carbono.

Materiales

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 además de flexibilidad, mientras que la fina capa de metal proporciona la reflectividad. Dicho material resiste el calor de un paso cercano al Sol y sigue siendo razonablemente fuerte. La película reflectante de aluminio está en el lado del sol. Las velas del Cosmos 1 estaban hechas de película PET aluminizada (Mylar).

Eric Drexler desarrolló un concepto para una vela en la que se eliminó el polímero. Propuso velas solares de muy alto empuje a masa e hizo prototipos del material de la vela. Su vela usaría paneles de película de aluminio delgada (de 30 a 100 nanómetros de espesor) sostenidos por una estructura extensible. La vela rotaría y tendría que estar continuamente bajo empuje. 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 planeó 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 área por unidad de masa y, por lo tanto, aceleraciones de hasta "cincuenta veces más altas" que los diseños basados en películas plásticas desplegables. El material desarrollado para la vela solar Drexler era una película delgada de aluminio con un espesor de referencia de 0,1 µm, que se fabricaría mediante deposición de vapor en un sistema basado en el espacio. Drexler utilizó un proceso similar para preparar películas sobre el terreno. Como se anticipó, estas películas demostraron resistencia y robustez adecuadas para el manejo en el laboratorio y para uso en el espacio, pero no para el 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 diversos materiales, como la alúmina para las velas láser y la fibra de carbono para las velas láser impulsadas por microondas, eran materiales para velas superiores a las películas estándar anteriores de aluminio o Kapton..

En 2000, Energy Science Laboratories desarrolló un nuevo material de fibra de carbono que podría ser útil para velas solares. 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 podría 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 cierta especulación teórica sobre el uso de técnicas de fabricación molecular para crear un material de vela hiperligero, fuerte y avanzado, basado en tejidos de malla de nanotubos, donde el tejido "espacios" son menos de la mitad de la longitud de onda de la luz que incide sobre la vela. Si bien estos materiales hasta ahora solo se han producido en condiciones de laboratorio y los medios para fabricarlos a escala industrial aún no están disponibles, dichos materiales podrían tener una masa inferior a 0,1 g/m², lo que los convierte en más ligero que cualquier material de vela actual por 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/m², las películas Kapton aluminizadas tienen una masa de hasta 12 g/m ², y Laboratorios de Ciencias de la Energía' nuevo material de fibra de carbono masas 3 g/m².

El metal menos denso es el litio, unas 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/m². Una vela de alto rendimiento podría estar hecha solo de litio 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/m², lo que le otorga un índice de ligereza de 67 y un _c de aproximadamente 400. mm/s². 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.

Capas de reflexión y emisividad

El aluminio es la opción 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 opuesta al 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 a granel no se sostienen en estos casos porque el grosor del material es mucho más delgado que las longitudes de onda emitidas.

Fabricación

Las velas se fabrican en la Tierra sobre largas mesas donde se desenrollan y se 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. Por lo tanto, estas velas se empaquetan, botan y despliegan en el espacio.

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

Una vela solar puede ir en espiral hacia dentro o hacia fuera estableciendo el ángulo de la vela

Cambiando órbitas

Las operaciones de navegación son más simples en órbitas interplanetarias, donde los cambios de altitud se realizan a velocidades bajas. Para las trayectorias hacia el exterior, el vector de fuerza de la vela está orientado hacia delante 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 las 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 solo la gravedad del Sol tira de la nave hacia el Sol; no hay analogía con el viraje 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 se orienta de modo que su vector de fuerza tenga una componente a lo largo del vector de velocidad, ya sea en la dirección de movimiento para una espiral hacia afuera, o en contra de la dirección de 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 rodar la embarcación alrededor de la línea del Sol con la vela colocada en un ángulo apropiado para reducir o eliminar el empuje.

Maniobras de giro

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 las profundidades del pozo de gravedad del Sol para aumentar sustancialmente la energía para las carreras hacia el Sistema Solar exterior. La aproximación óptima al Sol se realiza aumentando la excentricidad orbital mientras se mantiene el nivel de energía tan alto como sea práctico. La distancia de aproximación mínima es una función del ángulo de la vela, las propiedades térmicas de la vela y otra estructura, los efectos de carga en la estructura y las características ópticas de la vela (reflectividad y emisividad). Un pasaje cerrado 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 usar 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 por la Luna puede tener importantes beneficios para las trayectorias que parten 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 favorables de salida o llegada en relación con la Tierra.

También se podría emplear un giro planetario similar a lo que se hace con las naves espaciales que navegan por inercia, pero es posible que no existan buenas alineaciones debido a los requisitos para la optimización general de la trayectoria.

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

Catálogo de viajes interestelares para usar asistencias fotogravitatorias para una parada completa

• Asistencias exitosas en α Cen A y B podrían permitir tiempos de viaje a 75 yr a ambas estrellas.
• Lightsail tiene una relación de masa a superficie nominal (σ_Nom) de 8.6×10⁻⁴ gramos⁻² para una vela nominal de clase grafitana.
• Área de la Luz, alrededor de 10⁵ m² = (316 m)²
• Velocidad de hasta 37,300 km s⁻¹ (12,5% c)

. Árbitro:

Proyectos en operación o finalizados

Control de actitud (orientación)

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 usó 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 MTSAT-1R (Multi-Functional Transport Satellite) contrarresta el par producido por la presión de la luz solar sobre el panel solar. La lengüeta de ajuste del panel solar realiza pequeños ajustes en el equilibrio del par.

Pruebas de despliegue en tierra

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

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

Pruebas suborbitales

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

Una vela solar de 15 metros de diámetro (SSP, solar sail sub payload, soraseiru sabupeiro-do) se lanzó junto con ASTRO-F en un cohete M-V el 21 de febrero de 2006 y se fabricó ponerlo en órbita. Se desplegó desde el escenario, pero se abrió de forma incompleta.

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 utilizaron una película de 7,5 micrómetros. El experimento probó puramente los mecanismos de despliegue, no la propulsión.

Znamya 2

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. Fue el primer reflector de película delgada de este tipo desplegado con éxito en el espacio utilizando el mecanismo basado en la fuerza centrífuga. Aunque el despliegue tuvo éxito, no se demostró la propulsión. Una segunda prueba en 1999, Znamya 2.5, no se implementó correctamente.

Znamya-2 (Знамя-2) después de su despliegue

ÍKAROS 2010

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

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-nave interplanetaria acelerada por la radiación del sol) a Venus. Usando un nuevo método de propulsión de fotones solares, fue la primera verdadera nave espacial de vela solar totalmente propulsada por la luz solar, y fue la primera nave espacial en tener éxito en el vuelo de vela solar.

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

Hasta 2010, ninguna vela solar se había utilizado con éxito en el espacio como sistema de propulsión principal. 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 m² el 10 de junio. En julio, la siguiente fase para la demostración de aceleración por radiación comenzó. El 9 de julio de 2010, se verificó que IKAROS recolectó radiación del Sol y comenzó la aceleración de fotones mediante la determinación de la órbita de IKAROS por rango y tasa de rango (RARR) que se calculó 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. Los datos mostraron que IKAROS parece haber estado navegando con energía solar desde el 3 de junio cuando desplegó la vela.

IKAROS tiene una vela cuadrada giratoria diagonal de 14×14 m (196 m²) hecha de 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. 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. IKAROS pasó seis meses viajando a Venus y luego comenzó un viaje de tres años hacia el otro lado del Sol.

NanoVela-D 2010

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, desarrolló una misión de vela solar llamada NanoSail-D, que se perdió en un lanzamiento fallido a bordo de un cohete Falcon 1 en 3 de agosto de 2008. La segunda versión de respaldo, NanoSail-D2, también llamada a veces simplemente NanoSail-D, 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 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 una herramienta simple, 'pasiva'. medios para sacar de órbita satélites muertos y desechos espaciales. 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 unos 100 pies cuadrados (9,3 m²) de superficie que capta la luz. Después de algunos problemas iniciales con el despliegue, la vela solar se desplegó y, en el transcurso de su misión de 240 días, según se informa, produjo una "gran cantidad de datos". sobre el uso de velas solares como dispositivos de desorbitación pasiva.

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 solo se produjo el 20 de enero de 2011..

Proyectos LightSail de la Sociedad Planetaria

El 21 de junio de 2005, un proyecto privado conjunto entre Planetary Society, Cosmos Studios y la Academia Rusa de Ciencias lanzó una vela prototipo 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 de duración. El intento de lanzamiento despertó el interés público según Louis Friedman. A pesar del intento fallido de lanzamiento de Cosmos 1, The Planetary Society recibió el aplauso de la comunidad espacial por sus esfuerzos 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 para realizar otros tres intentos, denominados LightSail-1, -2 y -3. El nuevo diseño utilizará una vela Mylar de 32 m², desplegada en cuatro segmentos triangulares como NanoSail-D. La configuración de lanzamiento es un formato CubeSat de 3U y, a partir de 2015, se programó como carga útil secundaria para un lanzamiento de 2016 en el primer lanzamiento de SpaceX Falcon Heavy.

"LightSail-1" se lanzó el 20 de mayo de 2015. El objetivo 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 del arrastre atmosférico de la Tierra y demostrar la 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.

Proyectos en desarrollo o propuestos

A pesar de las pérdidas de Cosmos 1 y NanoSail-D (que se debieron a fallas en 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 personas. Este objetivo está fuertemente relacionado con la gestión de superficies muy grandes (es decir, muy por encima de 1 km²) en el espacio y los avances en la fabricación de velas. El desarrollo de velas solares para vuelos espaciales tripulados aún está en pañales.

Sunjammer 2015

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. El Sunjammer tenía una vela cuadrada de 38 metros (125 pies) de ancho a cada lado, lo que le otorgaba un área efectiva de 1200 metros cuadrados (13 000 pies cuadrados). Habría viajado desde el punto Lagrangiano Sol-Tierra L1 a 1,5 millones de kilómetros (930 000 millas) de la Tierra a una distancia de 3 millones de kilómetros (1,9 millones de millas). Se esperaba que la demostración se lanzara en un Falcon 9 en enero de 2015. Habría sido una carga útil secundaria, lanzada después de la colocación del satélite climático DSCOVR en el punto L1. Citando la falta de confianza en la capacidad de entrega de su contratista L'Garde, la misión se canceló en octubre de 2014.

Vela desorbitada Gossamer

En diciembre de 2013, la Agencia Espacial Europea (ESA) tiene una vela propuesta para salir de órbita, llamada "Gossamer", que se usaría para acelerar la salida de órbita de satélites artificiales pequeños (menos de 700 kilogramos (1500 lb)) desde órbitas terrestres bajas. La masa de lanzamiento es de 2 kilogramos (4,4 lb) con un volumen de lanzamiento de solo 15 × 15 × 25 centímetros (0,49 × 0,49 × 0,82 ft). 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 el reingreso del satélite.

Exploradora NEA

NEA Concepto Scout: una nave espacial portátil CubeSat

El Near-Earth Asteroid Scout (NEA Scout) fue una misión desarrollada conjuntamente por el Marshall Space Flight Center (MSFC) de la NASA y el Jet Propulsion Laboratory (JPL), que consiste en una vela solar controlable CubeSat de bajo costo. nave espacial capaz de encontrar asteroides cercanos a la Tierra (NEA). Se desplegarían cuatro brazos de 7 m (23 ft), desplegando la vela solar de poliimida aluminizada de 83 m² (890 sq ft). 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 vehículo de lanzamiento SLS de carga pesada de la agencia.

OKÉANO

OKEANOS (nave de cometas sobredimensionada para la exploración y la 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 se habría cubierto 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 con un espectrómetro de masas de alta resolución. Un módulo de aterrizaje y un retorno de muestra a la Tierra eran opciones bajo estudio. El explorador de asteroides troyanos de Júpiter OKEANOS fue finalista de la segunda misión de clase grande ISAS' de Japón. lanzado a fines de la década de 2020. Sin embargo, no fue seleccionado.

Disparo estelar revolucionario

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 con cámaras en miniatura, propulsadas por láseres terrestres y enviarlas a Alpha Centauri al 20 % de la velocidad de la luz.. El viaje duraría 20 años.

Crucero Solar

En agosto de 2019, la NASA otorgó al equipo Solar Cruiser 400 000 dólares para estudios de concepto de misión de nueve meses. La nave espacial tendría una vela solar de 1.672 m² (18.000 sq ft) y orbitaría el 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. Si se selecciona para el desarrollo, se lanzaría en 2024.

En la cultura popular

Cordwainer Smith ofrece una descripción de las naves espaciales impulsadas por velas solares en 'La dama que navegó el alma', publicado por primera vez en abril de 1960.

Jack Vance escribió un cuento sobre una misión de entrenamiento en una nave espacial impulsada por velas solares en 'Sail 25', publicado en 1961.

Arthur C. Clarke y Poul Anderson (escribiendo como Winston P. Sanders) publicaron historias independientes sobre velas solares, ambas historias tituladas "Sunjammer," en 1964. Clarke retituló su historia "El viento del sol" cuando se reimprimió, para evitar confusiones.

En la novela de 1974 de Larry Niven y Jerry Pournelle La mota en el ojo de Dios, los extraterrestres son descubiertos cuando su sonda propulsada por vela láser ingresa al espacio humano.

Una tecnología similar fue el tema del episodio "Explorers" de Star Trek: Deep Space Nine. En el episodio, los Lightships 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 ("Explorers". Star Trek: Deep Space Nine. Temporada 3. Episodio 22.).

En la película El ataque de los clones de Star Wars de 2002, se vio al villano principal, el Conde Dooku, usando una nave espacial con velas solares.

En la tercera temporada del programa de televisión de historia alternativa de Apple TV+ For All Mankind, la nave espacial ficticia de la NASA Sojourner 1 utiliza velas solares para propulsión adicional en su camino a Marte.