Las naves espaciales equipadas con velas y propulsadas por el sol ya no son materia de ciencia ficción : Navegación solar

Ahora, un investigador del Instituto de Tecnología de Rochester está llevando la navegación solar al siguiente nivel con materiales fotónicos avanzados.

Navegación Solar:

Los metamateriales, una nueva clase de estructuras hechas por humanos con propiedades no convencionales, podrían representar el próximo salto tecnológico para la navegación solar con  velas solares, según Grover Swartzlander, profesor en el Centro Chester F.  Propone reemplazar velas metálicas reflectantes con velas de metafilm difractivas. Los nuevos materiales podrían usarse para dirigir los fotones reflejados o transmitidos para el viaje espacial cercano a la Tierra, interplanetario e interestelar.

“Las películas difractivas también pueden diseñarse para reemplazar los sistemas mecánicos pesados ​​y propensos a fallas con controles electroópticos más ligeros que no tienen partes móviles”

Swartzlander dirige un estudio exploratorio respaldado por el programa Innovative Advanced Concepts de la NASA. El premio de $ 125,000 de nueve meses fomenta el desarrollo de tecnología visionaria con potencial para revolucionar la exploración espacial futura. La Optical Society está organizando una reunión de incubadoras, Metamaterial Films para In-Space Propulsion by Radiation Pressure, del 7 al 9 de octubre en Washington, DC, para crear una hoja de ruta para avanzar velas metamateriales en satélites de órbita baja llamados CubeSats. Swartzlander facilitará la reunión con los co-organizadores Les Johnson, gerente de la Oficina de proyectos de tecnología de propulsión en el espacio en el vuelo espacial Marshall de la NASA e investigador principal de la misión exploradora de asteroides cercanos a la Tierra de la NASA o NEA Scout; y Nelson Tabirian, presidente de BEAM Co.,

“Los CubeSats se están volviendo de gran importancia nacional para fines científicos, de seguridad y comerciales”, dijo Swartzlander. “El potencial para elevar, desorbitar o mantener estaciones de cientos de CubeSats desde la órbita baja de la Tierra sería un cambio de juego reconocido que generaría entusiasmo y defensa entre la creciente comunidad de pequeños satélites de estudiantes, empresarios y científicos e ingenieros aeroespaciales”.

NEA Scout será la primera misión científica de CubeSat que tenga velas adjuntas. Es uno de los 13 satélites que conducirán investigaciones científicas y tecnológicas como parte de la misión de exploración 1 de la NASA. EM-1 está programado para lanzarse este año en el nuevo cohete Space Launch System. Cuando se despliega, la vela de poliimida revestida de aluminio de NEA Scout reflejará la luz del sol para impulsar la nave espacial robótica de reconocimiento en su crucero de dos años.

Swartzlander dijo que las velas de metafilm difractivas podrían corregir las limitaciones conocidas de las velas metálicas reflectantes (sobrecalentamiento, uso ineficiente de los fotones y la inclinación excesiva de la nave espacial) porque los nuevos materiales pueden:

1. Menor absorción: las superficies difractivas propuestas eliminarían los problemas inherentes a los revestimientos metálicos, que calientan y comprometen los substratos de las velas;

2. Reutilización de fotones: las velas difractivas reciclarían los fotones transmitidos, convirtiéndolos en energía solar-eléctrica o difractando la luz dos veces para un mayor impulso. (Las velas reflectantes reflejan los fotones en el espacio o se absorben en el recubrimiento metálico).

3. Orientación mejorada: las velas difractivas mantienen una posición más eficiente frente al sol, permitiendo una propulsión altamente eficiente y la generación de energía eléctrica solar en las células fotovoltaicas integradas. (Las velas reflectantes funcionan mejor cuando la nave espacial está inclinada. Sin embargo, esta orientación disminuye la proyección de la energía solar sobre la vela).

“Las velas difractivas también pueden diseñarse para la propulsión basada en láser, un concepto de hace décadas que recientemente atrajo un gran interés de los inversores privados, lo que dio como resultado un programa llamado Breakthrough Starshot”, dijo Swartzlander.

Swartzlander ha llevado a cabo investigaciones pioneras sobre el coronógrafo de vórtice óptico, vórtices ópticos, solitones, teoría de la coherencia, pinzas ópticas y elevación óptica. Es editor en jefe de la Revista de la Sociedad Americana de Óptica B .

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