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    Cómo funcionan las velas solares
    Las velas solares utilizan la energía del sol para propulsar naves espaciales a través del cosmos. Vea más imágenes de la exploración espacial. Foto cortesía de la NASA.

    Se han lanzado cientos de misiones espaciales desde la última misión lunar, incluidas varias sondas del espacio profundo que se han enviado a los bordes de nuestro sistema solar. Sin embargo, Nuestros viajes al espacio se han visto limitados por la potencia de los motores de cohetes químicos y la cantidad de combustible de cohetes que puede transportar una nave espacial. Hoy dia, el peso de un transbordador espacial en el lanzamiento es aproximadamente el 95 por ciento de combustible. ¿Qué podríamos lograr si pudiéramos reducir nuestra necesidad de tanto combustible y los tanques que lo contienen?

    Las agencias espaciales internacionales y algunas corporaciones privadas han propuesto muchos métodos de transporte que nos permitirían ir más lejos, pero una misión espacial tripulada aún tiene que ir más allá de la luna. La más realista de estas opciones de transporte espacial requiere la eliminación del combustible para cohetes y los motores de los cohetes, reemplazándolos por velas. Sí, Así es, paño.

    La NASA es una de las organizaciones que ha estado estudiando esta asombrosa tecnología llamada velas solares que utilizará el poder del sol para enviarnos al espacio profundo. En este articulo, HowStuffWorks le muestra cómo se desarrolló la idea de la navegación solar, dónde están la NASA y otros probando esta tecnología y qué tan lejos y rápido nos pueden llevar las velas solares en el universo.

    Contenido
    1. Concepto de vela solar
    2. Materiales de velas solares
    3. Lanzamiento de la vela solar
    4. Futuro viaje espacial

    Concepto de vela solar

    Un solo cuadrante, El sistema de vela solar de 10 metros se encuentra completamente desplegado en una cámara de vacío de 50 pies de diámetro en el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton. Va. Foto cortesía de NASA / Able Engineering

    Hace casi 400 años, como gran parte de Europa todavía estaba involucrada en la exploración naval del mundo, Johannes Kepler propuso la idea de explorar la galaxia usando velas. A través de su observación de que las colas de los cometas fueron movidas por algún tipo de brisa solar, creía que las velas podían capturar ese viento para propulsar las naves espaciales de la misma manera que los vientos mueven las naves en los océanos. Si bien la idea de Kepler de un viento solar ha sido refutada, Desde entonces, los científicos han descubierto que la luz solar ejerce suficiente fuerza para mover objetos. Para aprovechar esta fuerza, La NASA ha estado experimentando con velas solares gigantes que la luz podría empujar a través del cosmos.

    Hay tres componentes en una nave espacial propulsada por velas solares:

    • Fuerza continua ejercida por la luz solar
    • Un gran, espejo ultrafino
    • Un vehículo de lanzamiento independiente

    Una nave espacial impulsada por velas solares no necesita un propulsor tradicional para obtener energía, porque su propulsor es la luz solar y el sol es su motor. La luz está compuesta de radiación electromagnética que ejerce fuerza sobre los objetos con los que entra en contacto. Los investigadores de la NASA han descubierto que a 1 unidad astronómica (AU), que es la distancia del sol a la Tierra, igual a 93 millones de millas (150 millones de km), la luz solar puede producir aproximadamente 1,4 kilovatios (kw) de energía. Si toma 1,4 kw y lo divide por la velocidad de la luz, encontraría que la fuerza ejercida por el sol es de aproximadamente 9 newtons (N) / milla cuadrada (es decir, 2 libras / km 2 o .78 lb / mi 2 ). En comparación, El motor principal de un transbordador espacial puede producir 1,67 millones de N de fuerza durante el despegue y 2,1 millones de N de empuje en el vacío. Finalmente, sin embargo, la fuerza continua de la luz solar en una vela solar podría impulsar una nave espacial a velocidades cinco veces más rápidas que los cohetes tradicionales.

    Ahora, echemos un vistazo más de cerca a esas velas.

    Implementación y lanzamiento

    El equipo de propulsión de velas solares de la NASA y socio de la industria, Able Engineering implementó con éxito su sistema de velas solares en el Langley Research Center durante un período de pruebas de cinco semanas de abril a mayo de 2004. Luego, en julio de 2004, El equipo de propulsión de velas solares de la NASA y socio de la industria, L'Garde, C ª., también vio el despliegue exitoso de su sistema de velas solares en el Centro de Investigación Glenn.

    En agosto de 2004, La Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial lanzó y desplegó dos grandes velas solares en el espacio.

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    Materiales de velas solares

    Un sistema de vela solar de cuatro cuadrantes creado por el equipo de propulsión de vela solar de la NASA en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales en Huntsville, Ala., y su socio industrial, L'Garde, Inc. se encuentra completamente desplegado en una cámara de vacío de 100 pies de diámetro en el Centro de Investigación Glenn de la NASA. Foto cortesía de NASA / L’Garde

    Si bien las velas solares se han diseñado antes (la NASA tenía un programa de velas solares en la década de 1970), Los materiales disponibles hasta la última década eran demasiado pesados ​​para diseñar un vehículo de vela solar práctico. Además de ser liviano, el material debe ser altamente reflectante y capaz de tolerar temperaturas extremas. Las velas gigantes que está probando la NASA hoy están hechas de materiales muy ligeros, material reflectante que es hasta 100 veces más delgado que una hoja promedio de papel. Este "aluminizado, material resistente a la temperatura "se llama CP-1 . Otra organización que está desarrollando tecnología de velas solares, la Sociedad Planetaria (un privado, grupo sin fines de lucro con sede en Pasadena, California), apoya el Cosmos 1 , que cuenta con velas solares que están hechas de Mylar reforzado con aluminio y tienen aproximadamente un cuarto del grosor de una bolsa de basura de plástico de una sola capa.

    La naturaleza reflectante de las velas es clave. A medida que los fotones (partículas de luz) rebotan en el material reflectante, empujan suavemente la vela transfiriendo impulso a la vela. Debido a que hay tantos fotones de la luz solar, y porque están constantemente golpeando las velas, hay una presión constante (fuerza por unidad de área) ejercida sobre la vela que produce una aceleración constante de la nave espacial. Aunque la fuerza en una nave espacial de vela solar es menor que la de un cohete químico convencional, como el transbordador espacial, la nave espacial de vela solar acelera constantemente con el tiempo y alcanza una mayor velocidad.

    Quizás se pregunte qué sucede cuando la nave espacial se encuentra lejos de la luz solar. Un láser a bordo podría hacerse cargo de proporcionar la propulsión necesaria a las velas.

    Energía solar - comprobar. Velas solares - comprobar. Pero, ¿cómo llevamos las velas y sus naves espaciales al espacio? Vamos a ver.

    ¿Quieres agujeros en la vela?

    Les Johnson, del Centro Marshall de Vuelos Espaciales, sostiene un rígido, material ligero de fibra de carbono que hizo reflexionar a muchos científicos de velas solares. Esta fibra fue una desviación del material de vela solar estándar porque es aproximadamente 200 veces más gruesa. Pero, miles de pequeños orificios le permiten pesar aproximadamente lo mismo que los materiales de vela solar más delgados que se están probando.

    Lanzamiento de la vela solar

    Un cuadrante de cuatro, El sistema de vela solar de 20 metros está completamente desplegado durante las pruebas en las instalaciones de Plum Brook del Centro de Investigación Glenn de la NASA en Sandusky. Ohio. Foto cortesía de la NASA.

    Con solo la luz del sol como poder una vela solar nunca se lanzaría directamente desde tierra. Se necesita una segunda nave espacial para lanzar la vela solar, que luego se desplegaría en el espacio. Otra forma posible de lanzar una vela solar sería con rayos láser o microondas proporcionados por un satélite u otra nave espacial. Estos rayos de energía podrían dirigirse a la vela para lanzarla al espacio y proporcionar una fuente de energía secundaria durante su viaje. En un experimento en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL), las velas fueron impulsadas para despegar utilizando rayos de microondas, mientras que los rayos láser se utilizaron para empujar la vela hacia adelante.

    Una vez lanzado, las velas se despliegan mediante un sistema de botavara inflable que se activa mediante un mecanismo de despliegue incorporado.

    Cosmos 1

    Cosmos 1, la nave espacial impulsada por velas solares de la Sociedad Planetaria, será lanzado desde un submarino ruso sumergido en el mar de Barents. Una vez lanzado, el Cosmos 1 de 220,5 libras (100 kg) recibirá un impulso de un "motor de arranque", colocándolo en órbita aproximadamente a 550 millas (885 km) sobre la Tierra.

    Futuro viaje espacial

    Las velas solares establecerán nuevos récords de velocidad para las naves espaciales y nos permitirán viajar más allá de nuestro sistema solar.

    La tecnología de velas solares eventualmente jugará un papel clave en las misiones de larga distancia de la NASA. Pero, ¿qué tan lejos podrán llevarnos estas velas solares y qué tan rápido nos llevarán allí?

    Como descubrimos en la última sección, Las velas solares no serían impulsadas inicialmente por la cantidad de fuerza que se utiliza para lanzar el transbordador espacial. La NASA cree que la exploración del espacio es similar a la historia de "La liebre y la tortuga, "con las naves espaciales propulsadas por cohetes como la liebre. En esta carrera, la nave espacial propulsada por cohetes saltará rápidamente, moviéndose rápidamente hacia su destino. Por otra parte, una nave espacial sin cohetes impulsada por una vela solar comenzaría su viaje a un ritmo lento pero constante, ganando velocidad gradualmente a medida que el sol continúa ejerciendo fuerza sobre él. Tarde o temprano, no importa lo rápido que vaya, el cohete se quedará sin energía. A diferencia de, la nave de vela solar tiene un suministro inagotable de energía del sol. Adicionalmente, la vela solar podría potencialmente regresar a la Tierra, mientras que el vehículo propulsado por cohetes no tendría ningún propulsor para traerlo de regreso.

    Mientras sigue siendo empujado por la luz del sol, el vehículo propulsado por velas solares acumulará velocidades que los vehículos propulsados ​​por cohetes nunca podrían alcanzar. Tal vehículo eventualmente viajaría a aproximadamente 56 mi / seg (90 km / seg), que serían más de 200, 000 mph (324, 000 km / h). Esa velocidad es aproximadamente 10 veces más rápida que la velocidad orbital del transbordador espacial de 5 mi / seg (8 km / seg). Para darte una idea de lo rápido que es, podría viajar de Nueva York a Los Ángeles en menos de un minuto con un vehículo de vela solar viajando a máxima velocidad.

    Si la NASA lanzara una sonda interestelar impulsada por velas solares, Solo le tomaría ocho años atrapar la nave espacial Voyager 1 (la nave espacial más distante de la Tierra), que ha estado viajando durante más de 20 años. Añadiendo un transmisor de rayo láser o magnético, La NASA dijo que podría llevar las velocidades a 18, 600 millas por segundo (30, 000 km / seg), que es una décima parte de la velocidad de la luz. A esas velocidades el viaje interestelar sería casi una certeza.

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