Da Riccardo Auriemma 
Tutti sanno che l’energia solare è gratuita e quasi illimitata qui sulla Terra. Lo stesso vale per i veicoli spaziali che operano nel sistema solare interno. Ma nello spazio, il sole può fare molto di più che fornire semplicemente energia elettrica; Emettono anche un flusso infinito di vento solare.
Le vele solari potrebbero sfruttare quei venti e fornire propulsione ai veicoli spaziali. La NASA sta per testare un nuovo design di vela solare che potrebbe renderla più efficace.
La pressione solare si diffonde in tutto il sistema solare. Si indebolisce con la distanza, ma c'è. Colpisce tutti i veicoli spaziali, compresi i satelliti. Influisce notevolmente sui voli spaziali di lunga durata.
Una navicella spaziale in missione su Marte può essere deviata dal suo percorso di migliaia di chilometri durante il suo viaggio a causa della pressione solare. La pressione influisce anche sull'orientamento del veicolo spaziale, che è progettato per gestire.
Sebbene sia uno svantaggio, la pressione solare può essere utilizzata a nostro vantaggio.
Sono stati lanciati e testati alcuni veicoli spaziali dotati di vela solare, a cominciare da quello giapponese Icaro Veicolo spaziale nel 2010. Icarus ha dimostrato che la pressione della radiazione proveniente dal Sole sotto forma di fotoni potrebbe essere utilizzata per controllare un veicolo spaziale.
Il più recente veicolo spaziale a vela solare è il rover della Planetary Society Sigillo di luce 2È stato lanciato nel 2019. LightSail 2 è stata una missione di successo durata più di tre anni.
I veicoli spaziali a vela solare presentano alcuni vantaggi rispetto ad altri veicoli spaziali. I loro sistemi di propulsione sono molto leggeri e non restano mai senza carburante. I veicoli spaziali dotati di vele solari possono svolgere missioni a un costo inferiore rispetto ad altri veicoli spaziali e possono durare più a lungo, sebbene abbiano dei limiti.
È stato ormai dimostrato che il concetto della vela solare funziona, ma la tecnologia deve avanzare per essere veramente efficace. Una parte importante della vela solare di un veicolo spaziale sono i suoi bracci. I boma sostengono il materiale della vela. Più è leggero e resistente, più efficace diventa la navicella spaziale.
Sebbene le vele solari siano molto più leggere di altri veicoli spaziali, il peso dei bracci rappresenta ancora uno svantaggio.
“Le barriere di confine tendono ad essere pesanti e metalliche o realizzate con materiali compositi leggeri con un design ingombrante, nessuno dei quali funziona bene per i piccoli veicoli spaziali di oggi.”
Keats Wilkie, ricercatore principale dell'ACS3, NASA
La NASA sta per lanciare un nuovo design di vela solare con una migliore struttura di supporto. Chiamata Sistema avanzato di vela solare composita (ACS3), è più rigido e leggero rispetto ai modelli precedenti del braccio. È realizzato in fibra di carbonio e polimeri flessibili.
Sebbene le vele solari presentino molti vantaggi, presentano anche un serio svantaggio. Vengono rilasciati come piccoli pacchetti che devono essere distribuiti prima di iniziare il lavoro. Questo processo può essere irto di difficoltà e stress per il povero personale di terra, che deve aspettare e guardare per vedere se ha successo.
ACS3 sarà lanciato utilizzando un CubeSat da dodici unità (12 unità) prodotto da NanoAvionics. L'obiettivo principale è dimostrare il dispiegamento del boom, ma il team ACS3 spera anche che la missione dimostri anche che il loro veicolo spaziale a vela solare funziona.
Per cambiare direzione, la navicella muove le vele. Se il dispiegamento del braccio avrà successo, il team ACS3 spera di eseguire alcune manovre con la navicella spaziale, modificando l'angolo delle vele e alterando l'orbita della navicella. L’obiettivo è costruire vele più grandi che possano generare più spinta.
“La speranza è che le nuove tecnologie verificate su questo veicolo spaziale ispirino altri a usarle in modi a cui non abbiamo nemmeno pensato.”
Alan Rhodes, ingegnere di sistema principale per ACS3, NASA Ames Research Center
La barra ACS3 è progettata per superare il problema delle barre: sono pesanti e sottili oppure leggere e ingombranti.
“I bracci tendono ad essere pesanti e metallici o realizzati in un materiale composito leggero con un design voluminoso, nessuno dei quali funziona bene per i piccoli veicoli spaziali di oggi”, ha affermato Keats Wilkie della NASA. Wilke è il ricercatore principale dell'ACS3 presso il Langley Research Center.
“Le vele solari hanno bisogno di boma molto grandi, stabili e leggeri che si pieghino in modo compatto. I boma di questa vela sono a forma di tubo e possono essere schiacciati e arrotolati come un nastro di misurazione in un piccolo fascio offrendo allo stesso tempo tutti i vantaggi dei materiali compositi, come una minore flessione e flessione durante i cambiamenti di temperatura.” “
ACS3 verrà lanciato il Elettrone Un razzo dal complesso di lancio Rocket Lab in Nuova Zelanda. Si dirigerà verso un'orbita sincrona con il sole a 1.000 chilometri (600 miglia) sopra la Terra.
Una volta lì, la navicella aprirà le braccia e dispiegherà le vele. Ci vorranno circa 25 minuti per dispiegare la vela, con un'area di assemblaggio del futon di 80 metri quadrati, ovvero circa 860 piedi quadrati. È molto più grande della LightSail 2, che ha una superficie velica di 32 metri quadrati, o circa 340 piedi quadrati.
Mentre si dispiega, le telecamere sulla navicella ne osserveranno e monitoreranno la forma e la simmetria. I dati delle manovre confluiranno nei futuri progetti di vele.
“Sette metri di bracci dispiegabili possono adattarsi alla tua mano”, ha affermato Alan Rhodes, ingegnere capo della missione presso l’Ames Research Center della NASA. “La speranza è che le nuove tecnologie verificate su questo veicolo spaziale ispirino altri a usarle in modi a cui non abbiamo nemmeno pensato.”
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ACS3 fa parte del programma tecnologico per piccoli veicoli spaziali della NASA. Il programma mira a implementare rapidamente piccole missioni che dimostrino capacità uniche.
Con i suoi esclusivi boma compositi in fibra di carbonio, l'ACS3 ha la capacità di supportare vele grandi fino a 2.000 metri quadrati, o circa 21.500 piedi quadrati. Ciò equivale a circa la metà della superficie di un campo di calcio. (O come lo chiamano erroneamente i nostri amici nel Regno Unito, il campo da calcio).
Con vele più grandi, i tipi di missioni che possono svolgere cambiano. Anche se finora le vele solari sono state dei piccoli modelli sperimentali, il sistema potrebbe alimentare alcune serie missioni scientifiche.
“Il Sole continuerà a bruciare per miliardi di anni, quindi abbiamo una fonte illimitata di propulsione”, ha detto Rhodes. “Invece di varare enormi serbatoi di carburante per le missioni future, possiamo varare vele più grandi che utilizzano il 'carburante' già presente disponibile.”
“Dimostreremo un sistema che utilizza questa abbondante risorsa per compiere i prossimi passi da gigante nell’esplorazione e nella scienza”.
I veicoli spaziali a vela solare non hanno la propulsione istantanea dei sistemi di propulsione chimica o elettrica. Ma la tendenza è costante e non vacilla mai.
Possono fare cose che altri veicoli spaziali faticano a fare, come assumere posizioni uniche che consentano loro di studiare il Sole. Possono fungere da sistemi di allerta precoce per le espulsioni di massa coronale e le tempeste solari, che comportano rischi.
I nuovi bracci compositi hanno anche altre applicazioni. Poiché sono leggeri, resistenti e compatti, possono fungere da struttura strutturale per gli habitat lunari e marziani.
Possono anche essere utilizzati per supportare altre strutture, come i sistemi di comunicazione. Se il sistema funziona, chissà a quali altre applicazioni potrebbe servire?
“Questa tecnologia stimola l’immaginazione, reinventando l’intera idea di navigazione a vela e applicandola ai viaggi spaziali”, ha affermato Rudy Aquilina, project manager della Solar Sail Mission presso la NASA Ames.
“Dimostrare le capacità delle vele solari e dei bracci compositi leggeri è il prossimo passo nell’utilizzo di questa tecnologia per ispirare le missioni future”.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato da L'universo oggi. Leggi il Articolo originale.