As melhorias podem permitir a propulsão cinco vezes mais rápida do que o recorde realizado pela sonda espacial Voyager 1
O aprimoramento da tecnologia de propulsão de espaçonaves “velas solares” provavelmente levará a novas missões interestelares. O professor de engenharia da UCLA, Artur Davoyan, liderou uma equipe de cientistas oferecendo ideias sobre como melhorar as velas solares para impulsionar futuras espaçonaves através do sistema solar com grande velocidade.
Optica publicou recentemente a visão geral. Davoyan e seus co-autores enfocaram a necessidade de uma nova geração de materiais fotônicos, que transportam e manipulam a luz, para avançar as velas solares da próxima geração.
“Com investimentos adequados em pesquisa e desenvolvimento de materiais ópticos e nanotecnologia, naves espaciais habilitadas para velas solares para exploração de sistema solar de trânsito rápido e missões de sondas interestelares poderiam ser lançadas nos próximos cinco a 10 anos”, disse o autor principal Davoyan, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial na UCLA Samueli School of Engineering. “Neste artigo, apresentamos um roteiro que pode transformar esses conceitos em realidade.”
As velas solares são semelhantes às velas encontradas em navios oceânicos. Em vez de serem empurradas pelo vento, no entanto, as velas solares são impulsionadas pela luz do sol refletida em suas gigantescas superfícies espelhadas. Existem vantagens distintas para espaçonaves movidas a vela solar. O método elimina a necessidade de carregar combustível e energia a bordo, como é o caso de foguetes químicos e elétricos. Várias espaçonaves usando velas solares foram lançadas, com LightSail 2 sendo a demonstração mais recente. No entanto, as futuras missões de vela solar exigiriam novos materiais e métodos de controle e navegação.
A nave espacial impulsionada por velas solares pode potencialmente ir rápido o suficiente para atingir mais de 20 unidades astronômicas – aproximadamente 1,86 bilhões de milhas – em um ano. Nessa velocidade, as espaçonaves poderiam chegar aos planetas externos do sistema solar em vários meses, em vez de levar muitos anos como faz hoje. Para efeito de comparação, a Voyager 1 levou mais de 30 anos para alcançar o meio interestelar além da borda do sistema solar.
Até agora, os objetos interestelares estavam fora de alcance. De acordo com Davoyan, a espaçonave movida a vela solar, com sua velocidade sem precedentes, poderia interceptar asteróides interestelares, como ‘Oumuamua, que viajam a 5-6 unidades astronômicas – aproximadamente 500 milhões de milhas – por ano.
A fim de fazer avançar a tecnologia de vela solar atual, o aprimoramento é necessário em materiais polivalentes usados para gerenciar os movimentos e a temperatura de uma espaçonave. Por exemplo, velas construídas com materiais de filme fino com elementos ajustáveis em nanoescala podem ajudar a controlar a velocidade e a direção de uma espaçonave. Ao mesmo tempo, esses materiais podem ajudar a manter as velas frias à medida que a espaçonave se aproxima do sol para uma manobra de estilingue para ir além do sistema solar.
Os autores também observaram que avanços simultâneos para espaçonaves movidas a velas solares precisariam ser considerados para mecanismos de implantação de velas, comunicações espaciais profundas e sistemas de energia e navegação.
A NASA anunciou recentemente seu apoio a esta linha de pesquisa por meio do altamente competitivo programa Innovative Advanced Concepts da agência . Especificamente, um estudo de missão à vela solar liderado por Davoyan foi selecionado para a fase II.
A equipe de Davoyan, que inclui cientistas e vários alunos de graduação em engenharia mecânica e aeroespacial da UCLA, examinará os requisitos da vela solar para missões de trânsito rápido em todo o sistema solar e realizará testes e desenvolvimento de materiais em estágio inicial.
Os co-autores do artigo publicado na Optica incluem Jeremy Munday da UC Davis; Nelson Tabiryan da BEAM Co. em Orlando, Flórida; Grover Swartzlander, Jr. do Rochester Institute of Technology em Nova York; e Les Johnson do Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama.
