Hace casi 400 años el astrónomo Johannes Kepler observó colas de cometa arrastradas por una brisa solar y sugirió que las naves pudiesen navegar a través del espacio usando apropiadamente velas confeccionadas para ello. Ahora es bien sabido que la luz del sol produce efectivamente una fuerza que mueve las colas de los cometas y una vela grande y reflectante podría ser una manera práctica de propulsar una nave espacial

Ahora que el verano está aquí, muchos americanos están planeando sacar sus barcos al agua, sentir el viento en su pelo y hacerse a la mar en una caldeada y proverbial puesta de sol.

Algunos de estos científicos se reunieron en Pasadena, California, durante el último mes para compartir ideas e información reciente sobre velas solares en el undécimo Taller anual de Investigación Avanzada de Propulsión Espacial en el Jet Propulsion Laboratory (JPL, Laboratorio de Propulsión a Chorro).

“Ahora somos capaces de empezar a abrir puertas a misiones que no podríamos hacer con propulsión química”, declaró Sarah Gavit, gerente del programa para el JPL sobre Tecnología de Velas Solares.

La idea de velas solares ha existido aproximadamente durante siglos, expresó Gavit. Los primeros conceptos incluyeron enormes hojas recubiertas de aluminio Mylar que estarían dirigidas al sol y serían arrastradas hacia el espacio profundo. Sin embargo, estas relativamente pesadas velas requerirían mucho tiempo para ir a cualquier parte, así que los científicos han pasado años investigando y desarrollando nuevos tipos de velas y nuevos métodos para impulsarlas en el espacio más rápida y eficazmente.|

¿Por qué usar velas solares, se podría preguntar uno, cuando otras muchas formas de propulsión están disponibles, como los sistemas químicos o eléctricos de propulsión? Según el Dr. Robert Frisbee del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA uno de los obstáculos principales para el viaje interestelar es el peso de los sistemas de propulsión y sus propulsores. Los nuevos avances en la tecnología de las velas solares abren la posibilidad de que la nave espacial futura esté libre de propulsores.

'Nuestra aspiración es realizar una demostración de vuelo de una vela solar,' dijo Gavit.
“Esperamos poder hacer una demostración de vuelo a lo largo del 2005 para prepararnos para la Sonda Interestelar, una nave propulsada a vela que está programada para su lanzamiento 5 años después”.

La finalidad de la Sonda Interestelar es viajar más allá de los nueve planetas conocidos.

“Éste será el primer proyecto programado de la raza humana fuera de nuestro sistema solar”, dijo Les Johnson, gerente de la Investigación Interestelar De Propulsión en el Marshall Space Flight Center (Centro de Vuelo Espacial Marshall). “Esta es una aspiración a alcanzar que está entre las cosas más audaces que alguna vez hemos emprendido”.

Varias naves espaciales de la NASA van en busca del límite entre espacio interestelar y la helioesfera (una burbuja gigante provocada por el viento solar). La Sonda Interestelar propulsada por la vela solar podría alcanzarlas a todas si es lanzada en 2010 [Mas Información]

De casi medio kilómetro de ancho, la delicada vela solar de la Sonda Interestelar sería desenrollada en el espacio. ¡La continua presión de la luz del sol finalmente aceleraría la nave hasta velocidades aproximadamente cinco veces más altas que con los cohetes convencionales disponibles! La subida vertical hacia las estrellas a 90 Km. por segundo, podría cubrir la distancia de Nueva York a Los Angeles en menos de un minuto. Eso es más de 10 veces más rápido que la velocidad de la Lanzadera Espacial en órbita que es de 8 Km. por segundo. Una sonda interestelar lanzada en 2010 pasaría a la nave espacial más distante con dirección al espacio interestelar en 2018, yendo tan lejos en 8 años como la Voyager en 41 años.

Johnson dice que el transporte es muy posiblemente el reto más difícil en las misiones interestelares porque tiene que ir muy lejos, muy rápido. “La dificultad es que los cohetes necesitan tanto combustible que no pueden empujar su propio peso en el espacio exterior. La mejor opción parecen ser las velas espaciales, que no necesitan combustible”, remarcó.

Una vela que sostenga esta particular esperanza, según Gavit, es una hecha de fibras de carbono. Timothy R. Knowles, de Energy Science Laboratories (Laboratorios Científicos de Energía), presentó un escrito que discutía estas nuevas velas de carbono. Las fibras son tejidas conjuntamente, creando un material con diseño entrecruzado que es de muy baja densidad. El uso del carbono hace la vela capaz de resistir el calor intenso del sol.

“La vela de fibra de carbono puede acercarse más al sol permitiéndole obtener más impulso para el salto”, dijo Gavit. “Por supuesto, algunas misiones no requieren acercarse tanto al sol, así que tenemos que contemplar otras opciones, también”.

Les Jonson, gerente de Investigación de Propulsión Interestelar de la NASA en el Marshall Space Flight Center (Centro de Vuelo Espacial Marshall) situado en Huntsville, Alabama, sostiene un liviano y rígido material de fibra de carbono que podría usarse para construir una vela espacial gigante.

Otras exposiciones en el congreso estaban enfocadas en el uso de láseres o transmisores de microondas que moverían las velas solares adelante a una velocidad más rápida que la luz del sol aisladamente. Las velas serían impulsadas como las que están diseñadas para usar fotones solares, con los láseres o transmisores de microondas radiando en la vela durante unos pocos días o semanas, abasteciendo a la vela con la luz necesaria para crear empuje.

'Los láseres pueden seguir enfocados en la vela durante un tiempo más grande”, dijo Frisbee. “Los transmisores de microondas pueden usarse para bombardear la vela hasta que el calor llegue a 2000º K (1726ºC), lo cual aceleraría la vela a cientos de G hasta alcanzar 1/10 de la velocidad de la luz. Los científicos debaten qué sistema –láseres de alta potencia o transmisores de microondas- podría ser el mejor método para utilizar. Cada uno tiene sus ventajas y sus inconvenientes”.

Los científicos continuarán investigando las posibilidades para el uso de velas solares en las misiones futuras de la NASA, con la esperanza de que estas velas puedan llevar sondas más allá en el espacio que nunca jamás.

'Estas velas realmente sólo se han convertido en una realidad en los últimos cinco años, debido a los avances en materiales ligeros”, dijo Gavit. “Hay varias misiones de la NASA a medio plazo cercanas al final que planean usar velas”.

¡El viento solar, no!

Una equivocación común es que las velas solares son empujadas por el viento solar tal como los veleros son movidos por el viento en Tierra. Esto no es así. El viento solar es una corriente sumamente tenue de partículas fluyentes lejos del Sol. Ejerce muy poca fuerza contra cualquier cosa con la que choca. La fuerza propulsora para una vela solar proviene de la presión de fotones (ligeros) del Sol o de láseres. La luz solar de 1 Unidad Astronómica (1 UA es la distancia de la Tierra al Sol = 150 millones de Km. o 93 millones de millas) ejerce una fuerza de 9 Newtons por kilómetro cuadrado (0, 78 libras por milla cuadrada) en una vela solar. Para más información sobre lo básico en velas solares, ver “Introducción a las velas solares”, una página web hospedada por el Instituto de California de Tecnología.

El Marshall Space Flight Center (Centro de Vuelo Espacial Marshall) se asocia con el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA para el desarrollo de misiones con velas solares y tecnología. El Laboratorio de Propulsión a Chorro tiene total responsabilidad en las misiones interestelares de la NASA mientras el Centro Marshall es el responsable de desarrollar los sistemas de transporte para las misiones. La campaña del Centro Marshall es parte de su Programa de Transporte Espacial Avanzado, el programa de tecnología fundamental de la NASA para todo el transporte espacial.