Las naves espaciales equipadas con velas y propulsadas por el sol ya no son materia de ciencia ficción o misiones espaciales teóricas. Ahora, un investigador del Instituto de Tecnología de Rochester está llevando la navegación solar al siguiente nivel con materiales fotónicos avanzados.

Los metamateriales, una nueva clase de estructuras artificiales con propiedades no convencionales, podrían representar el próximo salto tecnológico para las velas solares. según Grover Swartzlander, profesor en el Centro Chester F. Carlson de Ciencias de la Imagen de RIT. Propone reemplazar las velas metálicas reflectantes por velas de metafilm difractivas. Los nuevos materiales podrían usarse para dirigir los fotones reflejados o transmitidos hacia la Tierra cercana, viajes espaciales interplanetarios e interestelares.

"Las películas difractivas también pueden diseñarse para reemplazar sistemas mecánicos pesados ​​y propensos a fallas con controles electroópticos más livianos que no tienen partes móviles, " él dijo.

Swartzlander está dirigiendo un estudio exploratorio respaldado por la financiación de la fase uno del programa Innovative Advanced Concepts de la NASA. Los nueve meses $ 125, El premio 000 fomenta el desarrollo de tecnología visionaria con potencial para revolucionar la exploración espacial futura. La Optical Society está organizando una reunión de incubadoras, Películas de metamateriales para propulsión en el espacio por presión de radiación, 7-9 de octubre en Washington, CORRIENTE CONTINUA., para crear una hoja de ruta para el avance de las velas de metamateriales en satélites en órbita terrestre baja llamados CubeSats. Swartzlander facilitará la reunión con los coorganizadores 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 Explorador de Asteroides Cercanos a la Tierra de la NASA, o NEA Scout; y Nelson Tabirian, presidente de BEAM Co., que se especializa en tecnologías y materiales ópticos.

"Los CubeSats están adquiriendo una gran importancia nacional para la ciencia, seguridad y fines comerciales, ", Dijo Swartzlander." El potencial para aumentar, desorbitar o mantener en estación a cientos de satélites Cube de la órbita terrestre baja sería un cambio de juego reconocido que generaría entusiasmo y defensa entre la creciente comunidad de estudiantes de satélites pequeños, 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 realizarán investigaciones científicas y tecnológicas como parte de la Misión de Exploración 1 de la NASA. Está previsto que EM-1 se lance este año en el nuevo cohete Space Launch System. Cuando se despliega, La vela de poliimida recubierta de aluminio de NEA Scout reflejará la luz solar 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 fotones e inclinación excesiva de la nave espacial, porque los nuevos materiales pueden:

• Menor absorción:Las superficies difractivas propuestas eliminarían los problemas inherentes a los recubrimientos metálicos, que calientan y comprometen los sustratos de la vela;
• Reutilización de fotones:las velas difractivas reciclarían los fotones transmitidos, convirtiéndolos en energía solar-eléctrica o difractando la luz dos veces para un impulso adicional. (Las velas reflectantes reflejan los fotones de regreso al espacio o se absorben en el revestimiento metálico); y
• Orientación mejorada:las velas difractivas mantienen una posición más eficiente frente al sol, permitiendo una propulsión y generación de energía solar altamente eficiente en células fotovoltaicas integradas. (Las velas reflectantes funcionan mejor cuando la nave espacial está inclinada. Sin embargo, esta orientación disminuye la proyección de energía solar sobre la vela).

"Las velas difractivas también pueden diseñarse para propulsión por láser, un concepto de décadas de antigüedad que recientemente ha atraído un interés significativo por parte de inversores privados, resultando en un programa llamado Breakthrough Starshot, "Dijo Swartzlander.

Un líder en su campo, Swartzlander ha realizado una investigación pionera sobre el coronógrafo de vórtice óptico, vórtices ópticos, solitones teoría de la coherencia, pinzas ópticas y elevador óptico. Es editor en jefe de la Revista de la Optical Society of America B .