Científicos proponen usar velas solares para explorar el cosmos
El combustible es un recurso de extremo valor para las naves espaciales, debido a la actual imposibilidad de repostaje. Esto implica que, cuando éste se agota, la trayectoria de la nave es prácticamente incorregible. En la mayoría de los casos, el agotamiento de combustible implica el final de una misión, como será el caso del telescopio James Webb, por ejemplo. Sin embargo, las velas solares emplean la presión de la luz solar para la propulsión, lo que torna innecesarios a los pesados sistemas de los cohetes convencionales.
Permitiría tiempos ilimitados de misión
“Una tecnología propulsiva de este tipo tiene un gran potencial porque, al no consumir combustible, permite tiempos de misión ilimitados. Si queremos que nuestra fuente de energía para seguir una cierta trayectoria en el espacio no sea el combustible, hay que buscar otra alternativa”, explicó el ingeniero aeroespacial de la Universidad de Sevilla, Francisco Urrios, coautor de un estudio que publica la revista Acta Astronáutica, sobre cómo optimizar la planificación y orientación de las trayectorias de estas velas solares.
El Sol crea ingentes cantidades de energía mediante los procesos de fusión nuclear que ocurren en su interior. Principalmente desprende radiación electromagnética, luz; y grandes flujos de partículas como protones, electrones, neutrones, entre otras, a lo que comúnmente se le llama viento solar. Actualmente existen tres tipos de velas solares: las fotónicas que reflejan la luz del Sol con un extenso material delgado, y son las más estudiadas; las eléctricas (E-sails), cables largos que se cargan a cierto voltaje; y las magnéticas, que consiguen la propulsión mediante un campo magnético.
Las E-sails tienen ventajas y limitaciones
“Cuanto mayor sea la distancia respecto al Sol, más se habrá expandido el viento solar por el espacio, y cada metro cuadrado de vela solar verá menos energía. Por esta razón, las E-sails tienen ventajas, como que la fuerza que generan sobre la nave cae más lentamente con dicha distancia -en comparación a las convencionales- y se han hecho experimentos en laboratorio sobre su viabilidad, otro avance respecto a las magnéticas”, señaló Urrios Gómez.
Sin embargo, también presentan limitaciones, como que la aceleración que generan sobre la nave espacial es sumamente reducida. Además, dicha aceleración generada por la vela solar es incapaz de apuntar al Sol, solo hacia afuera de éste, lo cual limitaría el recorrido. Estudios previos, como el realizado por Wolfgang Seboldt, y Bernd Dachwald, del Centro Aeroespacial Alemán (DLR, por sus siglas en inglés), indican que se pueden realizar espirales, afuera y adentro, de dicha trayectoria.
Mejorar los algoritmos de control
En la NASA, desarrollan estudios sobre las E-sails, orientados a crear mejores modelos, hacerlas más potentes, diseñar trayectorias que aprovechen las ventajas que ofrecen o algoritmos de seguimiento de estas trayectorias, según el enfoque de cada investigación. Para las velas solares, se requieren técnicas de control más sofisticadas y ahí se considera al Control Predictivo por Modelo para predecir la posición futura de la aeronave.
Una nave equipada con motores de propulsión más convencionales es controlable, puede desplazarse hacia cualquier dirección y con una velocidad fácilmente ajustable. Sin embargo, las que dependen de velas solares están más limitadas. “Esto hace que sea ‘menos controlable’ y si una desviación con respecto a una cierta trayectoria de referencia no se corrige de manera eficaz, puede acabar siendo imposible seguirla”, continuó.
Su aplicación en misiones espaciales
Hasta la actualidad, sondas experimentales como la IKAROS y LightSail 2, ambas de la estadounidense Sociedad Planetaria, emplearon velas solares convencionales,durante su lanzamiento al espacio en 2019. En cuanto a las eléctricas, misiones como la europea ESTCube-2 se desplegaron para demostrar el funcionamiento de esta tecnología, pero fallos ajenos a la E-sail durante la misión imposibilitaron la demostración. Actualmente, se discute la misión sucesora de la serie: ESTCube-3.
Por su parte, la NASA y su centro de investigación también están en fase de desarrollo de esta tecnología. Aún así, si es cierto que se centran más en las velas solares convencionales (como la misión ACS3, de la cual se creó una simulación en tiempo real), también demostraron interés por las eléctricas con la misión HERTS.
“El peso de una nave espacial no es infinito, sino que está limitado por la capacidad del cohete que la pone en órbita. Esto significa que lleva una carga de combustible que no es demasiado elevada y es insuficiente para ciertas misiones, como la exploración consecutiva de numerosos asteroides o el estudio de los polos solares. Las velas solares, sin embargo, sí podrían llevar a cabo este tipo de misiones”, concluye Urrios Gómez.
Fuente: SINC
VTV/DC/CP
