Nueva generación de velas solares para naves espaciales

Al igual que la presión del viento contra una vela es capaz de impulsar a un velero, las velas solares pueden impulsar a un vehículo situado en el espacio mediante la presión que reciben de la luz solar, eliminándose así la necesidad de cohetes propulsores convencionales durante la travesía por el espacio. Estos solo se necesitarían para despegar de la Tierra y para aterrizar en otro mundo.

La NASA está desarrollando nuevas estructuras desplegables y nuevos materiales para sistemas de propulsión basados en velas solares y destinados a futuras misiones interplanetarias de bajo coste.

La misión Advanced Composite Solar Sail System, o ACS3, de la NASA utiliza materiales compuestos (una combinación de materiales con diferentes propiedades) en sus novedosas y ligeras pértigas que se despliegan desde un CubeSat (un satélite de peso y tamaño muy pequeños).

Los datos obtenidos en la misión ACS3 servirán de guía para el diseño de futuros sistemas de velas solares hechos con materiales compuestos y de mayor escala, que podrían utilizarse para satélites de alerta temprana de meteorología espacial, misiones de reconocimiento de asteroides cercanos a la Tierra o repetidores de comunicaciones para misiones de exploración con tripulación.

El objetivo principal de la misión ACS3 es demostrar el despliegue con éxito de la vela solar de material compuesto en una órbita terrestre baja. Tras llegar al espacio, el CubeSat de la misión desplegará sus paneles de energía solar y luego comenzará a desplegar su vela solar mediante cuatro pértigas que abarcan las diagonales del cuadrado y se desenrollan hasta alcanzar los 7 metros de longitud. Al cabo de unos 20 o 30 minutos, cuando la vela solar esté completamente desplegada, esta vela, de forma cuadrada, medirá aproximadamente 9 metros por lado. Un conjunto de cámaras digitales a bordo obtendrá imágenes de la vela durante y después del despliegue para verificar si el proceso se desarrolla correctamente.

Dado que la presión de la radiación solar es pequeña, la vela solar debe ser grande para generar empuje de forma eficiente. (Imagen: NASA)

Las velas solares del tipo de la que se usará en la misión ACS3 se sostienen y se conectan a la nave espacial por medio de pértigas o varas muy largas, que funcionan de forma muy similar a los palos que en un velero mantienen tensa a la vela. Las pértigas de material compuesto están hechas de un material polimérico flexible, reforzado con fibra de carbono. Este material compuesto se puede enrollar para guardarlo de forma compacta, pero sigue siendo fuerte y ligero cuando se desenrolla. Además, es muy rígido y resistente a la flexión y otras deformaciones por cambios de temperatura.

Las velas solares pueden funcionar indefinidamente, limitadas únicamente por la durabilidad en el entorno espacial de los materiales de las velas solares y los sistemas electrónicos de la nave.

La misión ACS3 también pondrá a prueba un innovador sistema de extracción de las velas en forma de cinta diseñado para minimizar el riesgo de un atasco de las velas enrolladas durante el despliegue. (Fuente: NCYT de Amazings)