Veleros solares, una opción de naves espaciales

Pensar que una embarcación puede desplegar sus velas y moverse por el impulso del aire, no es hoy algo extraordinario. Sabemos que gracias a esta técnica hace siglos fue posible explorar nuevos mundos, realizar las primeras exploraciones a grandes distancias y ser un medio de transporte que durante años comunicó distintas partes del planeta.

Ahora imaginemos una “embarcación” de este tipo en el espacio. Qué tipo de fuerza podría mover sus velas, si no existe el aire como lo conocemos en nuestro planeta; hasta el momento los intentos incluyen dos opciones: el viento solar y la luz solar.

El Sol produce una lluvia constante de partículas cargadas eléctricamente (protones y electrones) que componen lo que se conoce como viento solar, el cual sale expulsado de la corona solar a gran velocidad y se esparce entre los planetas, es decir, por el espacio interplanetario.

La ventaja de utilizar un velero solar apoyado por viento solar es que tiene mayor empuje, sin embargo, una desventaja es que este no es constante, además de que hay ráfagas o tormentas solares que obligarían a guardar las velas hasta que alguno de estos sucesos pase o, por el contrario, podría haber momentos de mucha calma y el viento que se genere sea menor.

Por su parte, la luz solar está compuesta por fotones, es decir, partículas de luz que tienen energía, fuerza y empuje, las cuales pueden ser utilizados para impulsar un velero solar. Una de las ventajas es que la radiación solar siempre está presente y es constante, sin embargo, tiene menor empuje que el viento solar y para poder utilizarla son necesarias velas gigantes que aprovechen toda la fuerza que sea útil.

“Los veleros solares no son ciencia-ficción, ya existen, no los de viento solar, esos siguen siendo algo conceptual, los que sí ya se han hecho son los veleros a base de luz solar, ya los probaron los rusos, los japoneses y los americanos; los han probado con pequeños satélites alrededor de la Tierra. Pero la fuerza, el empuje que reciben es muy pequeño, las naves no son grandes y además aún son muy ligeros”, explica el doctor Luis Aguilar Chiu del Instituto de Astronomía de la UNAM, campus Ensenada.

Ciencia de materiales y veleros solares

En 2010, la Agencia Espacial Japonesa puso en órbita la misión Ikaros, la cual consistió en impulsar un velero solar con luz solar. La nave llegó a Venus y esta experiencia permitió conocer más sobre velerismo solar; para 2022 tenían pensado enviar una misión a Júpiter, pero por la pandemia de Covid-19 ha tenido que posponerse.

• La misión Ikaros tomó su nombre de un personaje de la mitología griega llamado Ícaro, el cual quiso volar y llegar al Sol con unas alas de cera, las cuales se le derritieron y cayó.

El doctor Aguilar Chiu, especialista en dinámica galáctica, explica que aunque ya se han logrado destacados avances en velerismo solar, aún siguen siendo naves muy pequeñas las que se han puesto en órbita, por lo que es necesario desarrollar más tecnología, por ejemplo, a nivel de las velas.

“Es un problema de ciencias de materiales. Necesitamos materiales que puedan extenderse kilómetros cuadrados de superficie, pero que al mismo tiempo sean extremadamente ligeros y resistentes; ya tenemos materiales que nos permiten hacer misiones con satélites chiquitos, que llegan a Venus, misiones más ambiciosas van a necesitar materiales más robustos y ligeros. Ya se están empezando a crear a nivel laboratorio, estamos hablando de un futuro no muy remoto, en 10 o 20 años”, explica.

El investigador también aclara que aunque se construyan velas enormes, el empuje que se recibe con la luz solar es pequeño, comparado con el que da un cohete, sin embargo, una nave impulsada por velero solar tendría una aceleración constante y no padecería de las vibraciones o altas temperaturas que genera viajar impulsado por un cohete, por lo que ya empiezan a vislumbrarse como una opción para transportar naves por el espacio.

Los veleros solares servirían para viajar de un planeta otro, no para viajar de la superficie de un planeta a estar en una órbita; para eso se seguirían necesitando cohetes y ya puesto en órbita, el velero se utilizaría para impulsar la nave. En la actualidad, hay una tecnología alternativa en investigación: el elevador espacial.

Avance del velero solar

Los principios físicos que hacen posible la navegación de una vela en el mar son los mismos que rigen la navegación por velas solares, es decir, se necesita el rumbo correcto, maniobras de aceleración, mantenimiento de ruta y frenado, el cual se logra controlando la posición de las velas.

La tecnología que hace funcionar a un velero de luz solar consiste en utilizar velas reflectoras con la mayor área posible y que sean capaces de utilizar un mínimo de masa. Por su parte, las de viento solar no necesitan una tela para impulsarse (vela), sino que se ha pensado en el uso de varillas con cierta rigidez que están cargadas eléctricamente, las cuales al recibir las partículas del viento solar le dan empuje a la nave.

En cuanto a cómo se manejaría un velero solar, se le dan instrucciones desde una computadora que se ubica en la Tierra. Por ejemplo, en una embarcación marina para cambiar de rumbo las velas deben moverse de acuerdo con la posición del viento, el doctor Aguilar Chiu explica que en el caso de la misión Ikaros lograron cambiar de rumbo sin necesidad de mover las velas.

“Lo que hicieron los japoneses fue cubrir todas las velas con celdas de cristal líquido, el cual dependiendo del voltaje que le das, se pone oscuro o transparente. Las celditas que pusieron cambiaban su reflectividad, podían pasar de ser como espejos a ser negros completamente, absorber la luz. Entonces, al cubrir todas las velas con esas celditas, la computadora de abordo simplemente cambiaba el grado de reflectividad de diferentes partes de las velas y con eso hacía que fuera equivalente a que cambiara la de posición de la vela. En lugar de mover la vela, cambiaban la reflectividad.”

Destaca que otra posibilidad propuesta para impulsar un velero solar es el láser, sobre todo para naves que viajen más allá de Júpiter, ya que el viento solar y la luz solar van disminuyendo conforme más lejos se está del Sol.