NASA quer naves com velas solares difrativas em volta do Sol

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/05/2022

As velas solares difrativas, retratadas nesta ilustração conceitual, podem permitir missões em lugares de difícil acesso, como órbitas sobre os pólos do Sol.
[Imagem: MacKenzi Martin]

Velas solares

A NASA anunciou a promoção de um único projeto para a tão desejada Fase III do seu programa NIAC (sigla em inglês para Conceitos Inovadores Avançados da NASA).

O grande eleito foi o projeto Vela Solar Difrativa, coordenado pelo professor Amber Dubill, da Universidade Johns Hopkins.

As velas solares demonstradas até agora são reflexivas, películas muito finas que podem impulsionar naves espaciais aproveitando a pressão de radiação da luz - pode ser a luz solar ou a luz de um laser projetada à distância.

Várias missões já mostraram que o efeito funciona, mas também mostraram alguns inconvenientes, sobretudo a dificuldade de manobrar a nave e a necessidade de mantê-la sempre voltada para o Sol, o que força uma escolha entre potência disponível para empurrar a nave e a navegabilidade.

Vela solar difrativa

A ideia do professor Dubill resolve esse dilema: Em vez de uma superfície reflexiva, uma vela solar difrativa usa pequenas ranhuras traçadas no tecido para tirar proveito de uma propriedade da luz chamada difração, que faz com que a luz se espalhe quando passa por uma abertura estreita.

Isso deverá permitir que a nave faça um uso mais eficiente da luz solar, sem precisar ficar sempre diretamente voltada para o Sol, dando-lhe maior potência e garantindo sua capacidade de manobra.

"O uso inovador de luz solar difratada, em vez de refletida, proporciona uma vela voltada para o Sol de maior eficiência com efeitos multiplicadores: Vela menor, sistemas menos complexos de orientação, navegação e controle de atitude, potência reduzida e estrutura central sem giro. Além disso, os aprimoramentos de propulsão são possíveis pela redução da massa do veleiro através do uso combinado de elementos difrativos passivos e ativos (por exemplo, comutáveis)," escreveu o professor Dubill.

O novo financiamento da Fase III dará à equipe de pesquisa US$ 2 milhões ao longo de dois anos para continuar o desenvolvimento da tecnologia em preparação para uma potencial missão de demonstração.

O conceito de velas solares difrativas foi inicialmente desenvolvido pelo professor Grover Swartzlander, do Instituto de Tecnologia de Rochester, que também tem um projeto de dirigíveis espaciais com velas solares inteligentes. O professor Swartzlander, responsável pelas pesquisas nas fases I e II do NIAC, continuará colaborando com a equipe.

As manobras são feitas controlando as ranhuras, chamadas pentes de difração, nas bordas da vela solar.
[Imagem: Amber Dubill]

Missão em volta do Sol

Nas fases anteriores, a equipe projetou, criou e testou diferentes tipos de materiais de vela difrativa, realizou experimentos de laboratório e projetou novos esquemas de navegação e controle para uma potencial missão de vela de luz difrativa orbitando os pólos do Sol. O trabalho na Fase III otimizará o material da vela e realizará testes de solo em apoio a esta missão solar conceitual.

As órbitas que passam pelos pólos norte e sul do Sol são difíceis de alcançar usando a propulsão convencional de naves espaciais. Velas de luz difrativas leves, impulsionadas pela pressão constante da luz solar, poderiam colocar uma constelação de sondas espaciais científicas em órbita ao redor dos pólos do Sol para melhorar nossas capacidades de previsão do tempo espacial e compreender melhor nossa estrela.

"Nós propomos circunavegar o Sol com uma constelação de velas solares difrativas para fornecer medições 4π integrais (alta inclinação) da coroa solar e dos campos magnéticos de superfície. Os dados da missão farão avançar significativamente a ciência da heliofísica e, além disso, aumentarão os tempos de previsão do tempo espacial, protegendo as economias mundiais e espaciais de anomalias solares," disse Dubill.

Ainda em 2022, a NASA planeja lançar uma missão para testar uma nova vela solar avançada, mas ainda no conceito de vela solar reflexiva.

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