Recientemente, las velas solares están recibiendo mucha atención.En parte debido a una serie de misiones de alto perfil que demostraron con éxito el concepto.También se debe en parte al alto perfiltiro estrella innovadorUn proyecto para diseñar una misión impulsada por velas solares para alcanzaralfa centauro.Pero este versátil tercer sistema de propulsión no solo es útil para aventuras a distancia, sino que también tiene ventajas cerca de casa.nuevos trabajos de ingenieros enUniversidad de California en Los ÁngelesDefina cuáles son estas fortalezas y cómo puede utilizarlas mejor.
La fuerza impulsora literal detrás de algunos proyectos de velas solares son los láseres.Este haz enfocado es perfecto para impulsar las velas solares.Pero si lo alargas demasiado, también es útil como arma para vaporizar todo a su paso.Por lo tanto, una de las principales limitaciones de diseño de los sistemas de velas solares es con respecto a los materiales que son lo suficientemente livianos para resistir las explosiones láser de alta potencia pero que aún así no cargan la embarcación adjunta con el peso adicional.
El estudiante graduado Ho-Ting Tung y el Dr. Ho-Ting Tung del Departamento de Ingeniería Mecánica de la UCLA. Pesa muy poco para la misión que imagina Artur Davoyan.Esperan que el barco que navegan pese menos de 100 gramos.Esos 100 g incluyen una variedad de velas que miden hasta 10 cm cuadrados.
Esta pequeña masa y gran área brindan enormes ventajas a la navegación solar. Las velocidades máximas alcanzables con esta tecnología de propulsión son significativamente más altas que las dos tecnologías existentes, propulsión química y eléctrica.Este estudio se centró en dos tipos de maniobras orbitales que suelen realizar otros sistemas de propulsión. En uno, las velas giran alrededor de la Tierra, y en el otro, viajan entre los planetas.
El primer sistema determina cuánto tiempo lleva viajar a través de las diferentes etapas de escape de la Tierra.Medido en “?v” (es decir, aceleración), el aumento constante en la aceleración proporcionada por el láser en la vela solar permite que una pequeña nave espacial pase de la órbita terrestre baja a la órbita geoestacionaria en minutos y luego escape. velocidad después de un tiempo.
También tiene la ventaja de ser acelerado más rápido que nunca por una nave espacial.amanecermientras intenta llegar al sistema solar exterior.Esta nueva vela solar utilizará propulsores eléctricos para alcanzar la aceleración en unos 30 minutos de tiempo láser, lo que le lleva a Dawn cinco años y medio alcanzarla.
Tal aceleración lineal también podría reducir drásticamente los tiempos de viaje interplanetario. Una vela solar de este tipo podría llegar a Marte en 20 días (típicamente 200 días), Júpiter en 120 días (5 años para Juno) y Plutón en unos 3 años (10 días). Cuando visitamos New Horizons en los últimos años).Los tiempos de viaje más cortos significan más oportunidades para la ciencia, pero solo si el equipo a bordo puede caber en un paquete relativamente pequeño y liviano que las velas pueden soportar.
El instrumento en sí no es la única parte importante del paquete.Podría decirse que lo más importante es el diseño de la vela en sí.Las restricciones de diseño clave son una gran parte del análisis de la tesis.Debe ser liviano, fuerte/flexible, reflectante del láser (el láser debe empujarlo en lugar de absorberlo) y debe poder soportar altas temperaturas.
Las dos últimas restricciones están emparejadas y fueron en realidad el foco de la tesis. Porque una alta reflectividad significa menos necesidad de soportar altas temperaturas.Después de elegir un láser que funciona bien en la atmósfera, el equipo ideó dos tipos de materiales que podrían funcionar para las velas.Nitrido de siliconaYnitruro de boro.En ambos materiales, la reflectividad extremadamente alta combinada con la emisividad térmica (qué tan bien disipa el calor) lo convierte en un candidato ideal para cumplir con las dos últimas restricciones.
Sin embargo, para aprovechar al máximo el rendimiento del material, debe formarse de manera que aproveche al máximo las propiedades del material.Hay dos tipos de estructuras analizadas en el documento: “pilas de Bragg” y reflectores de resonancia de modo guiado (GMR).todosPila de BraggUn tipo de reflector con múltiples pilas de material que forman un reflector de alta calidad por longitud de onda.todosReflector GMR, por otro lado, utiliza tipos de rejilla o prisma para controlar la longitud de onda a la que se refleja la estructura. En cualquier caso, la estructura está diseñada para que las longitudes de onda no específicas del láser no se reflejen, minimizando el exceso. Calentamiento en la matriz de paneles.
Después de todo, el documento en sí es solo un intento de proponer un diseño para un concepto de misión futura.No hay planes concretos para adoptar la propuesta.Pero estamos analizando esta tecnología de propulsión potencialmente revolucionaria que apenas está comenzando.Si lo usamos correctamente, la navegación solar podría tener un impacto fundamental tanto en la ciencia como en la economía de la exploración espacial.
Aprende más:
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Concepto de artista en crédito de vela solar
– Avance Starshot