Un nuevo tipo de nave espacial que navega con la luz solar acaba de desplegarse con éxito sobre la Tierra. El LightSail satélite superó ayer una serie de fallos para desplegar sus velas solares, un sistema de propulsión completamente distinto de los cohetes tradicionales, los propulsores e incluso los paneles solares.
El prototipo de nave, construido por la Planetary Society de EE. UU. y financiado mediante donaciones públicas, está poniendo a prueba el mecanismo de despliegue de las velas. Otra misión, cuyo lanzamiento está previsto para el próximo año, probará el sistema completo de propulsión. Y no es la primera nave espacial que vuela mediante navegación solar. Ese honor correspondió a la nave japonesa Ikaros en 2010. Pero el creciente interés por esta tecnología abre posibilidades interesantes para el futuro de los viajes espaciales.
La navegación solar es el equivalente espacial de la navegación a vela. Una embarcación avanza impulsada por las partículas de aire que chocan contra su vela cuando sopla el viento. La idea de la navegación solar es la misma, salvo que, en lugar del viento, son las partículas de luz emitidas por el Sol las que impulsan la nave hacia delante.
La luz está formada por partículas en movimiento conocidas como fotones que pueden reflejarse en un espejo. Cuando esto ocurre, el espejo experimenta una presión sobre su superficie llamada presión de radiación solar. Esta presión es muy pequeña, por lo que no se podría sentir simplemente sosteniendo un espejo normal bajo la luz del sol en la Tierra. Pero en el vacío del espacio basta para mover una vela reflectante muy ligera.
Para entender por qué es importante la navegación solar, debemos volver al vacío del espacio. La propulsión es la capacidad de acelerar un vehículo. En la Tierra, los vehículos aceleran al interactuar con algo que los rodea. Por ejemplo, un automóvil acelera al ejercer una fuerza sobre el asfalto.
En el espacio, sin embargo, no hay ningún medio con el que interactuar. Aquí es donde entra en juego la propulsión de cohetes. Al expulsar propelente en una dirección, el cohete es impulsado en la dirección opuesta. Esto se debe a la ley científica (tercera ley del movimiento de Newton) que establece que cada vez que un objeto ejerce una fuerza sobre otro, experimenta una fuerza igual y opuesta.
El problema es que el propelente de una nave espacial es limitado y, una vez que se agota, ya no es posible acelerar. Por este motivo, algunos destinos lejanos del espacio son imposibles de alcanzar únicamente con cohetes. En cambio, la navegación solar resuelve elegantemente este problema al no requerir masa de propelente. Es como tener un cohete que puede propulsar durante un tiempo indefinido, gratis.
Una vela solar produce empuje sin masa de propelente, simplemente reflejando los fotones incidentes procedentes del Sol.
de www.deorbitsail.com
El concepto de navegación solar es muy sencillo, casi romántico en cierto sentido, y sin duda atractivo para la exploración espacial. Entonces, ¿por qué no se ha aprovechado más ampliamente desde su primera concepción en la década de 1920? Hay varias razones, todas relacionadas con desafíos de ingeniería.
La principal es que la presión de radiación solar es muy pequeña (por eso no se siente ninguna fuerza al sostener un espejo hacia el Sol). Esto significa que las velas solares deben ser grandes para reflejar más luz, pero también ligeras, de modo que haga falta menos fuerza para moverlas.
Y, para poder lanzarse de forma segura, la vela debe plegarse y luego desplegarse en condiciones de ingravidez. El cuerpo principal de la nave LightSail, que contiene la vela plegada, mide aproximadamente 30 cm en su punto más ancho, pero la vela se despliega hasta alcanzar un área total de 32 m2. Este mecanismo de despliegue debe ser muy fiable, porque si falla, se pierde toda la misión (de ahí el lanzamiento de prueba de LightSail).
Incluso con velas grandes y ligeras, la aceleración puede seguir siendo pequeña. Una vela solar del tamaño de dos pistas de tenis experimentaría una fuerza equivalente al peso de 1 g en la Tierra. Si una nave espacial tiene una masa de 30 kg, su aceleración será de apenas 0.0003 m/s2. Esto parece extremadamente pequeño para los estándares espaciales: incluso un Fiat Panda de 1980 lo hace mucho mejor, con unos 1 m/s2.
Sin embargo, una vela solar puede orbitar el Sol una y otra vez, acelerando (o frenando) de manera lenta pero continua hacia su destino. Por eso las velas son adecuadas para viajes largos e interplanetarios dentro del sistema solar. Pero, aunque en teoría la vela puede acelerar para siempre, en la práctica hay límites de tiempo. La radiación, los impactos de micrometeoroides y la desgasificación (la liberación de gas atrapado dentro de los instrumentos electrónicos) pueden dañar el material de la vela y hacer que pierda reflectividad con el tiempo.
La ventaja de proyectos como LightSail, aunque se trate de un pequeño prototipo, es que demuestran la viabilidad de la tecnología y generan mayor interés y entusiasmo por esta forma de vuelo. LightSail demuestra que, incluso cien años después de que se propusiera por primera vez, la navegación solar sigue siendo una idea muy popular, y que los científicos (como nosotros en Space Glasgow) seguimos considerándola prometedora para la exploración espacial.
Representación artística de LightSail en órbita terrestre
The Planetary Society/Rick Sternbach
La esperanza es que atraiga más inversiones sustanciales al sector para desarrollar las tecnologías necesarias y convertir la navegación solar en el principal sistema de propulsión de las futuras naves espaciales. ¡Ya casi lo hemos conseguido!
Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Matteo Ceriotti es profesor de ingeniería de sistemas espaciales en la University of Glasgow.
Imagen: El sol está a punto de salir sobre el océano Pacífico Sur en esta colorida escena. NASA/Handout vía Reuters.
