Vela solare

Una vela solare (o vele leggere o vele fotoniche) è un metodo proposto per la propulsione di veicoli spaziali che utilizza la pressione di radiazione esercitata dalla luce solare. La parola "vela" è per analogia con le barche che usano una vela per usare il vento per muoversi. Il concetto fu proposto per la prima volta nel XVII secolo da Johannes Kepler. Egli aveva una teoria secondo la quale le vele potevano essere adattate alle "brezze celestiali".

Nel 1865, James Clerk Maxwell pubblicò la sua teoria dei campi elettromagnetici e delle radiazioni. Egli mostrò che la luce (una forma di radiazione elettromagnetica) può esercitare una pressione su un oggetto. Questa pressione è chiamata pressione di radiazione. Questo ha fornito una base per la scienza che sta dietro alla vela solare. La radiazione solare esercita una pressione sulla vela a causa della riflessione e di una piccola frazione che viene assorbita.

La pressione solare agisce sulle navicelle spaziali, nello spazio o in orbita attorno a un pianeta. Un tipico veicolo spaziale che va su Marte, per esempio, è spostato di migliaia di chilometri dalla pressione solare. Gli effetti sono previsti nella pianificazione. Questo è stato fatto fin dai tempi delle prime navicelle interplanetarie degli anni Sessanta. La pressione solare influenza anche l'orientamento di un'astronave, un fattore che è incluso nella progettazione delle navicelle spaziali.

Il concetto di vela solare è stato in seguito utilizzato nella fantascienza, come le opere di Jules Verne.

Che aspetto potrebbe avere una vela solare (con un piccolo veicolo spaziale).
Che aspetto potrebbe avere una vela solare (con un piccolo veicolo spaziale).

Una vela di prova di 20x20m
Una vela di prova di 20x20m

La teoria

L'idea di una vela solare è quella di utilizzare la pressione della radiazione solare per spostare un veicolo spaziale, probabilmente utilizzando grandi specchi (grandi superfici riflettenti la luce). Lo svantaggio del metodo è che la spinta generata è molto piccola. Il vantaggio è che non è necessario alcun propellente (fintanto che c'è luce). Di conseguenza, è considerata una possibile opzione per le future navicelle spaziali. Finora sono state utilizzate come esperimenti solo versioni di prova di piccole dimensioni.

La forza totale esercitata su una vela solare di 800 x 800 metri, ad esempio, è di circa 5 newton (1,1 libbre) alla distanza della Terra dal Sole, il che ne fa un sistema di propulsione a bassa spinta, simile a quello delle navicelle spaziali azionate da motori elettrici. Non utilizzando alcun propellente, la forza viene esercitata quasi costantemente. L'effetto collettivo nel tempo è abbastanza grande da essere considerato un modo di propulsione delle navicelle spaziali.

Storia

I progetti per il primo utilizzo del concetto sono stati realizzati negli anni Settanta da Bruce Murray e Louis Friedman, due ricercatori del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California.

Il 21 maggio 2010, l'Agenzia giapponese per l'esplorazione spaziale (JAXA) ha lanciato con successo la vela solare, l'IKAROS (Interplanetary Kite-Craft Accelerated by Radiation Of The Sun). Ha utilizzato una vela solare nello spazio tra la Terra e Venere. Questo è stato il primo uso di successo di una vela solare.

Nel 2010 la NASA ha lanciato l'imbarcazione a vela solare NANOSEL-D2. È stato il primo successo dell'imbarcazione a vela solare della NASA.

Il 2 luglio 2019 la Planet Society, con sede negli Stati Uniti, ha lanciato il satellite LightSail 2, progettato con la tecnologia della vela solare. Il satellite leggero, è stato lanciato con il razzo Falcon Heavy Rocket di SpaceX dal Kennedy Space Center in Florida. Si è trattato di una missione a basso budget finanziata dalle donazioni di 50.000 membri. Il budget totale era inferiore a 7 milioni di dollari. Alla fine di luglio 2019, LightSail 2 ha aperto la sua vela solare. Ci sono voluti circa 3 minuti per farlo.

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