Velas solares

 

En el relato “El viento del sol”, del libro homónimo de Arthur C. Clarke al que ya he dedicado más de una entrada en el blog, el autor introduce una tecnología que hoy supone más que nunca la promesa de viajes interplanetarios sin necesidad de combustible y por tanto, tan largos como se desee. La obra narra el transcurso de una regata de “yates solares” impulsados por velas tensadas “de 50.000 pies cuadrados de plástico aluminizado”, capaces de impulsar las sondas al incidir en ellas la “presión de la radiación solar”. Esta “presión”, comenta Clarke, es de “una billonésima de onza sobre el área de las manos y actúa perpetuamente, al contrario que un combustible”, y el material de la vela “puede coger 5 lb de presión por radiación” y “conseguir una aceleración de 1 milésima de g”.

Pasando por alto que la presión no se mide en unidades de masa sino en unidades de fuerza/área, la existencia de una “presión de radiación”, fue deducida teóricamente por Maxwell ya en 1871. Es la presión ejercida sobre toda superficie expuesta a radiación electromagnética. Se define, si es absorbida, como la densidad de flujo de la energía dividida por la velocidad de la luz. Así, la presión de radiación del Sol sobre la Tierra (absorbida) es de 4.6 µPa. Si la radiación es reflejada en su totalidad, la presión de radiación se duplica. Esta magnitud constituye  la “fuerza motriz” de las velas solares, que ya han sido construidas y probadas (sonda Cosmo 1 de la Nasa, lanzada en 2005; sonda IKAROS, de Japón, lanzada en 2010). El material utilizado para las velas de 0.005mm de espesor, es el Kapton, una “poliimida” patentada por la firma DuPont.

Las velas que se han construido hasta hoy son de dos tipos: velas de plasma y velas de fotones. Las primeras son mallas o redes en las que se genera un campo eléctrico o magnético capaz de “interceptar” el plasma del viento solar. Las segundas, mucho más parecidas a las que describe Clarke en su obra, son grandes superficies ligeras y reflectantes que “captan” fotones de origen solar y otras ondas electromagnéticas generadas por la actividad humana.

El principio de funcionamiento de estas últimas se basa en la dualidad “onda-corpúsculo”, que postula que las ondas electromagnéticas son también “chorros de fotones”. En el espacio vacío, dichos fotones se mueven a la velocidad de la luz y tienen una energía directamente proporcional a la frecuencia de la onda asociada. El momento lineal del fotón (masa x velocidad) depende únicamente de dicha frecuencia. Cuanto mayor es la longitud de onda, menor es la energía y el momento lineal del fotón. Cuando dicho fotón es reflejado por una superficie, éste vuelve a la misma velocidad  pero con mayor longitud de onda, lo que indica que cedió parte de su energía (y por tanto momento lineal) a la superficie sobre la que impactó. Este fenómeno sería el que impulsa la nave, ayudado por el efecto análogo producido por las partículas provenientes de plasma  expulsado por el Sol en forma de “vientos solares”, más escasas y que viajan más lento, pero cuya mayor masa garantiza el “empuje” sobre las velas.

En el siguiente vídeo de la NASA se explica someramente el funcionamiento de las velas solares:

Al contrario que en muchas obras de ciencia ficción en las que el autor predice con pasmosa exactitud alguna tecnología que se inventará o desarrollará en el futuro, en este relato Arthur C. Clarke demuestra estar más que bien informado sobre  las posibilidades que ofrecía la aeronáutica en 1987 (año de publicación del libro) y ya mucho antes. En 1924 el ingeniero Fredrich Zander estudió la posibilidad de viajes interplanetarios con “veleros solares”, en 1951 fué publicado el primer artículo técnico al respecto “ClipperShips of Space”, y en 1958 aparece la primera publicación científica en la revista “Jet Propulsion” a cargo del Dr. Richard Gamin sobre estos dispositivos.

A finales de 2014, el Programa de Tecnología Espacial de la NASA planea lanzar una sonda con la vela solar más grande hasta el momento construida. Sus 1200 metros cuadrados de superficie reflejarán la luz solar como una enorme pompa de jabón, brillante y frágil, tal como lo describió Clarke. Quizás por eso, el dispositivo ya ha sido bautizado con el nombre “Sunjammer”, en honor al relato del genial autor de ciencia-ficción.

Referencias:

• Arthur C. Clarke (1987). “El viento del sol”. Alianza Editorial.

• Wikipedia. “Presión radiación”,[en línea]. Disponible en la Web: http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_radiaci%C3%B3n . [Fecha de consulta: 30 Junio 2013].

• Wikipedia.“Vela solar”,[en línea]. Disponible en la Web: http://es.wikipedia.org/wiki/Vela_solar. [Fecha de consulta: 29 Junio 2013].

•  Dr. Tony Phillips (24 de enero de 2011). “Una espectacular vela solar”. Ciencia@NASA.[en línea]. Disponible en la Web: http://ciencia.nasa.gov/ciencias-especiales/24jan_solarsail/  [Fecha de consulta: 30 Junio 2013].