Velero Solar
¿Qué es un velero solar?
Un velero solar es una nave espacial en la que se usa la radiación del
Sol como método de propulsión.
El primer prototipo de velero solar construído fue el Cosmos I aunque,
por desgracia, el lanzamiento, realizado el 21 de junio de 2005 falló.
El proyecto se gestó a través de la colaboración de dos entidades
privadas de los Estados Unidos y Rusia:
la Sociedad Planetaria y Estudios Cosmos. El Cosmos I tenía unos 100 kg de
peso, un eje central y ocho láminas triangulares a modo de velas.
Cada una de la velas tenía unos 15 metros de largo y unas 5 micras de
grosor.
La radiación está constituída por partículas: fotones que al colisionar
con las velas empujan la nave en la dirección de la radiación (de manera
similar a lo que hacen los vientos con los veleros que cruzan los océanos
de la Tierra). La mayor diferencia entre un velero espacial es que el
viento dominante procede del Sol y por lo tanto no hay tantas posibilidades
de maniobra como en un velero oceánico.
Las posiblidades de maniobra se reducen a poder utilizar en mayor o
menor grado la presión de radiación sobre el aparejo. Si todo el aparejo
está expuesto a la radiación solar obtendremos un impulso máximo. Si, por
el contrario, disponemos el aparejo paralelamente a la radiación solar,
el impulso será nulo. Esta forma de trabajar es más sencilla y robusta que
"plegar" y "desplegar" las velas, como tenderíamos hacer en analogía a los
veleros oceánicos.
En esta aplicación vais a seguir diferentes pasos:
- Vais a diseñar el aparejo del velero; cuanto mayor sea su superficie
mayor será el impulso máximo que conseguireis alcanzar.
- Vais a poner el velero en órbita alrededor de la Tierra. La nave
debe estar en situación de poder abandonar el campo gravitatorio
de la Tierra para poder navegar por el espacio. Para ello debeis
demostrar que sois capaces de formular las ecuaciones de las órbitas
de estacionamiento (elipses) y de los planetas a los que quereis llegar
(elipses, de nuevo).
- Hemos fijado un puerto espacial en un punto muy especial: el punto
de equilibrio entre la gravedad de la Tierra y del Sol. Este punto
(que tiene como nombre técnico punto de Lagrange 1 o L1) se encuentra
a 1.5 millones de kilómetros de la Tierra, en dirección al Sol. Por tanto
se mueve alrededor del Sol de manera solidaria con la Tierra.
El puerto espacial estaría localizado en este punto porque
es barato llegar a él desde la Tierra (sólo hay que dejarse llevar
por la gravedad) y la radiación del Sol es muy fuerte puesto que no
está ocultado por la Tierra.
Para viajar a un planeta dadotenemos que definir el ángulo con el
que el velero tiene que ser lanzado desde el puerto espacial para llegar
al planeta. Como el problema es muy complicado, vamos a suponer que la
trayectoria es una línea recta y vamos a determinar la pendiente de la
recta que nos llevaría del Puerto Espacial al planeta.
Vereis que este problema no es tan sencillo como se podría suponer.
El velero tiene una velocidad de giro alrededor del Sol (también llamada
velocidad azimutal) que no puede modificar; viene fijada porque el velero
está anclado en el Puerto Espacial.
(Imaginaros que quereis salir con una motora contracorriente de un puerto;
en principio, podriaís hacerlo, pero si la corriente es muy fuerte podeis
perder todo el combustible sin llegar a ningún lado - el caso de nuestro
velero es similar: Si tuvierais que constrarestar la rotación de la
Puerto Espacial consumirais tanta energía que no compensaría utilizar
un velero)
Al final, sólo podeis jugar a ajustar que superficie de vuestro aparejo
debe exponerse a la radiación solar para conseguir que el vector resultante
de sumar la velocidad azimutal y la velocidad radial conseguida con el
impulso solar vaya en la dirección que quereis.
Ah!! y esto no es siempre posible como vereis!. En este caso, necesitareis
identificar cual es el momento adecuado para lanzar el velero y conseguir
que llegue a su destino: es decir, tendreis que identificar lo que se
denomina "ventana de lanzamiento".