vela solar difractiva

Una vela solar difractiva , o vela de luz difractiva , es un tipo de vela solar que se basa en la difracción en lugar de la reflexión para su propulsión . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Los diseños actuales de velas difractivas utilizan películas delgadas de metamateriales , que contienen rejillas de tamaño micrométrico basadas en la polarización o estructuras refractivas sublongitudinales, lo que provoca que la luz se disperse (es decir, se difracte) y, por lo tanto, ejerza presión de radiación cuando pasa a través de ellas. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

La idea de utilizar la difracción para una vela solar fue propuesta por primera vez en 2017 por investigadores del Instituto Tecnológico de Rochester . ^{[ 4 ]} Esto fue posible en parte gracias a los avances en el diseño y la fabricación de materiales (en particular de rejillas) y el control optoelectrónico . ^{[ 5 ]} En 2019, un proyecto de vela solar difractiva del Instituto Tecnológico de Rochester sugirió una misión de órbita polar solar con velas difractivas que podría alcanzar un ángulo de inclinación solar mayor y un radio orbital menor que uno con velas reflectantes, llegando a la fase II del NIAC de la NASA . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 6 ]} En 2022, el proyecto NIAC llegó a la fase III y obtuvo US$2 millones de apoyo de la NASA, con la participación de investigadores tanto de la Universidad Johns Hopkins como del Instituto Tecnológico de Rochester. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Los diseños de velas solares reflectantes suelen consistir en láminas reflectantes grandes y delgadas. Según la ley de reflexión , las fuerzas que actúan sobre ellas siempre serán perpendiculares a la superficie de la lámina; por lo tanto, las láminas deben inclinarse durante la navegación, lo que plantea desafíos estructurales y de control, y reduce la potencia que llega a la vela. ^{[ 2 ] [ 5 ] [ 7 ]} Esto, a su vez, puede disminuir la fiabilidad, aumentar la masa y reducir la aceleración. ^{[ 2 ]} Además, las velas reflectantes tienden a absorber una proporción considerable de la luz que incide sobre ellas, lo que provoca que se calienten; esto puede causar problemas estructurales, especialmente cuando la vela se calienta repetidamente y luego se deja enfriar. Asimismo, cada fotón que incide sobre la vela se utiliza una sola vez, es decir, se refleja o se absorbe. ^{[ 5 ]}

Por otro lado, en una vela difractiva, la rejilla puede redirigir la luz incluso cuando la lámina apunta directamente al sol, lo que permite un control mucho más eficiente con la máxima potencia incidiendo sobre la vela. ^{[ 5 ] [ 2 ]} La película difractiva puede diseñarse para permitir el control optoelectrónico de las rejillas, reduciendo así la masa y aumentando la fiabilidad en comparación con el control mecánico . ^{[ 2 ]} Dado que la película es translúcida, la mayor parte de la luz simplemente pasa a través de la vela, reduciendo el calentamiento general. ^{[ 5 ]} Los fotones pueden reutilizarse: ya sea pasando a través de una segunda rejilla de difracción para obtener más empuje, o yendo a una célula solar para proporcionar electricidad . ^{[ 8 ]}