Vela solar japonesa rumbo a Venus y más allá

Vela solar IkarosUna ambiciosa misión de vela solar diseñada por Japón, tiene su lanzamiento previsto para mañana, y podría convertirse en la primera misión con éxito propulsada únicamente por la luz solar, pero eso no es todo. La nave también tiene su objetivo en Venus y más allá, y podría allanar el camino de un nuevo motor espacial híbrido.

La vela solar dará una vuelta a bordo del cohete H-2A, preparado para su lanzamiento el lunes (martes en hora local) desde el Centro Espacial Tanegashima de Japón. El cohete transporta la misión principal de la Agencia de Exploración Espacial Japonesa (JAXA), el Orbitador del Clima de Venus conocido como Akatsuki — que significa “Amacener” en japonés.

Pero sólo Akatsuki tiene un encuentro planetado con Venus, incluso aunque la vela — llamada Ikaros (Nave-Vela Interplanetaria Acelerada por la Radiación del Sol) — también se lanzará en la misma trayectoria hacia el misterioso planeta.

“Ésta será la primera nave del mundo propulsada empleando tanto propulsión de fotones como una fina película de generación de energía solar durante su viaje interplanetario”, dice el sitio web de la misión en JAXA.

Venus marcaría una parada a los seis meses para la vela durante el viaje de tres años hacia el lado opuesto del Sol.

“Para mi es una actividad muy reseñable estar llevado a cabo pruebas de tecnología como estas en una misión interplanetaria”, dice Louis Friedman, director ejecutivo de la Sociedad Planetaria en Pasadena, California. “Creo que demuestra una gran visión de futuro por su parte”.

Anteriores demostraciones de las velas solares se quedaron cortas al lograr un vuelo espacial propulsado por el Sol, pero esto ciertamente no ha detenido a JAXA en la planificación de su ambicioso debut tecnológico. Incluso el propio Ikaros representa sólo una piedra de toque para un motor espacial “híbrido” que incorpore la tecnología de vela solar, dicen los planificadores de la misión.

Vehículo espacial híbrido

La nave con forma de cometa Ikaros depende de la presión de la luz solar para su propulsión, pero también porta una fina película de células solares dentro de la nave. Tales células podrían generar electricidad de la misma luz solar que empuja la nave.

Esto no será de gran ayuda para una vela solar sin un motor, pero JAXA espera que la demostración de recolección de energía podría finalmente llevar a una nave con motores de propulsión de iones que toman su energía de células solares y también aprovechen la propulsión por vela solar — un sistema de propulsión híbrido.

“En última instancia quieren tener un vehículo eléctrico solar [propulsión de iones] y una vela solar que se usaría para misiones planetarias lejanas”, dice Friedman a SPACE.com.

Aun así, la historia de las pruebas de velas solares presenta un aleccionador recordatorio de los problemas que pueden surgir. La Sociedad Planetaria, con sede en California, intentó hacer volar su vela solar Cosmos-1 en 2005, pero perdió su prototipo debido a un fallo en un cohete ruso. La NanoSail-D de la NASA también se perdió en el tercer vuelo fallido del cohete Falcon 1 de SpaceX en 2008.

Una misión británica del tamaño de una caja de zapatos, que está prevista para su lanzamiento el año que viene, también podría probar la propulsión por vela solar, pero principalmente probaría las velas como freno para traer de vuelta a satélites ya muertos.

Japón desplegó una vela solar desde un cohete en 2004, pero no intentó realmente demostrar un vuelo controlado. Si eso representó el ensayo general, entonces Ikaros se convierte en la prueba real.

Verdadera vela solar

Ikaros está diseñado para desplegar su vela solar durante su primera etapa aprovechando su momento de giro, y entonces desplegar activamente el resto durante una segunda etapa.

“La membrana se despliega, y se mantiene plana, por su movimiento de giro”, se señala en el sitio web de la misión en JAXA. “Se unen cuatro masas a los cuatro extremos de la membrana para facilitar el despliegue”.

La Sociedad Planetaria aún tiene la ambición de lanzar algún día una misión de vela solar al espacio profundo, pero su primera prueba de vela solar planificada implicaría una nave mucho menor que Ikaros, la cual tiene casi 20 metros en la diagonal de su vela cuadrada.

Una vela solar de la NASA reparada con un peso algo menor de 4,5 kilos, en comparación con los 315 kilos de Ikaros.

La Sociedad Planetaria tiene previsto un primer lanzamiento a la órbita baja de la Tierra, antes de finalmente lanzar una segunda misión tal vez de unas semanas de duración. Sólo una tercera misión intentaría llegar al estatus de viajero interplanetario, dice Freidman.

Por ahora, Friedman y la Sociedad Planetaria compartirán información tecnológica y resultados de la misión de JAXA, y mantendrán un ojo sobre sus propias esperanzas futuras.

“Hubiésemos deseado ser los primeros, pero eso no importa”, dice Friedman. “De lo que se trata es de avanza en la tecnología de la vela solar”.


Autor: Jeremy Hsu
Fecha Original: 16 de mayo de 2010
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Comments (25)

  1. Fer137

    -TRINCAD ESAS GAVIAS!! HIZAD LA MESANA!! HIZAD LA MAYOR!!!
    -Capitán, rumbo a Venus el viento sopla de proa.
    -SOPLAD!!!

  2. [...] Vela solar japonesa rumbo a Venus y más allá [...]

  3. Ciencia Kanija » Vela solar japonesa rumbo a Venus y más allá…

    La agencia espacial japonesa (JAXA) va a lanzar hoy una vela solar con destino a Venus….

  4. roberto baz

    No comprendo el funcionamiento de esa vela solar, ¿alguien podría explicar cómo funciona?

  5. Hola Roberto:

    Intentaré explicarlo de forma sencilla. Los motores de las naves espaciales que hasta ahora conocemos, son unos motores que usan combustible (gases licuados) que, mediante una reacción química, producen una combustión y un chorro que impulsa el cohete. Hay otros modelos que llevan combustible sólido. Estos son los cohetes de toda la vida. Luego hay propulsores de gas que dan impulso en el vacio del espacio y ayudan a hacer maniobras, cambios de trayectoria, etc…

    Bueno, todos esos “cohetes” que conocemos de toda la vida tienen el inconveniente de usar unos combustibles pesados, peligrosos y además que se gastan con rapidez.

    Las velas solares son un concepto de propulsión totalmente diferente. No usan ningún combustible, por tanto pesan menos y son menos complejos. Lo que hacen es aprovechar un efecto físico muy pequeño que, para entendernos, hace que cada partícula luminosa que incide en la superficie de la vela le da un pequeño “empujoncito”. En realidad, esto se basa en un efecto denominado presión electromagnética. Los fotones, aunque carecen de masa, llevan una velocidad (c) y por tanto tienen momento (para entendernos, algo así como una especie de “masa virtual” debida a su velocidad lineal). El caso es que un número inmenso de fotones, ya sean luminosos o de otra índole, inciden en la superficie de la vela solar, generando una fuerza que la empuja. El impulso es muy pequeño, pero es constante y eso hace que se pueda acelerar durante un periodo prolongado, resultando en velocidades altas.

    Cuanto más superficie tiene la vela, más fotones impactan y más impulso recibe. También hay que tener en cuenta que no toda la radiación electromagnética es igual, cuanto más energía lleven los fotones mejor (radiación de mayor frecuencia). Así como un cohete convencional obtiene un empuje muy potente, pero sólo puede estar encendido un rato no muy largo, el empuje por presión lumínica es débil pero contínuo, de manera que una vela solar acelerada durante un mes, o un año, podría alcanzar velocidades mucho mayores que un cohete normal.

    Digamos que el cohete de hoy en día sería un forzudo que te mete un h*stión impresionante en la espalda, dándote un empuje brusco, pero que dura 1 segundo (afortunadamente para tu espalda :D ). La vela solar en cambio son un montón de hormiguitas que te van empujando todas juntas, pero aunque su empuje es muy débil, lo hacen sin descando durante mucho rato, hasta conseguir moverte cada vez más y más rápido.

    El efecto de la presión lumínica no se observa en la Tierra porque las fuerzas de rozamiento, entre otras, lo anulan completamente. En el vacio espacial sí puede aprovecharse. Así que no te molestes en ponerte desnudo con el sol de espaldas sobre un monopatín, porque no sólo no empezarás a rodar, sino que terminarás en la cárcel por escándalo público :D .

    Peeeeeeerooooooo :D casi siempre hay “peros”. Esta es una de los primeras pruebas, mucho de esto es tan solo teoría y esta tecnología de propulsión está en mantillas. Hubo algunos ensayos anteriores en menor escala y con algunos incidentes y pocos resultados. Si funciona, esta vela solar va a ser como el avión de los hermanos Wright; un prometedor experimento que nos muestre si es viable desarrollar tecnología en esa dirección. Si esto funciona puede que en 50 o 100 años podamos desarrollar una nave interplanetaria. Quién sabe.

    No se si te he aclarado algo y espero que el rollo haya sido al menos entretenido. Si quieres ampliar más información te dejo un par de enlaces:

    http://www.jspec.jaxa.jp/e/activity/ikaros.html

    http://wiki.solarsails.info/index.php?title=Main_Page

    SalU2

    • Iván

      Una duda me asalta con esto, la vela funciona por presion de los fotones de la radiacion solar (o de otra fuente potente), entonces, ¿como quieren usarla para viajar a Venus que esta entre nosotros y el sol?.

      • Leviatán

        Iván, la vela, en realidad, es una superficie reflectante, no es como una vela de un barco. La maniobrabilidad de la nave se consigue variando el grado de inclinación de la vela, entre otras cosas. Tambien se pueden aprovechar las carambolas gravitatorias, como hacen las sondas actuales.
        Puedes leer mas aqui, por ejemplo: http://es.wikipedia.org/wiki/Vela_solar

        un saludo

        • Iván

          Gracias por el enlace.
          Si, comprendo el funcionamiento y si, no es como la de un barco pero el funcionamiento es similar, una superficie receptora de un empuje causado por diferentes medios desde una direccion, pero Fer lo aclara bien un poco mas abajo :)

          Gracias a ambos.
          Saludetes.

    • roberto baz

      Gracias Sagutxo, pero tenía entendido que el radiómetro de crookes había dejado claro que esto era un error, el cual está claro por qué funciona.

      • Sagutxo

        De nada.

        Según un libro que tengo sobre historia de la Ciencia, el radiómetro de Crookes, el del experimento original, funcionaba pero no debido al empuje de los fotones sobre las aspas, que era lo que se quería probar, sino porque el vacio no era perfecto y quedaba algo de gas dentro. Este gas, por diferencias térmicas, hacía que se movieran y encima al revés de lo se esperaba para el efecto debido a la luz. Más tarde se perfeccionó el experimento y se vió que efectivamente, en el vacío y con un eje con muy poco rozamiento y correctamente alineado, se producía un movimiento tal como se esperaba debido a la incidencia de fotones.

        SalU2

  6. Alburton

    En realidad, esto se basa en un efecto denominado presión electromagnética. Los fotones, aunque carecen de masa, llevan una velocidad (c) y por tanto tienen momento

    Puedes aclarar esta parte? Si el momento lineal es m*v y no tienen masa,que les hace tener momento? Y si su energía se aprovecha para generar electricidad,significaría esto que dan menos empuje al a vela para conservar la energía?(ni las celulas ni el empuje tendran una eficiencia del 100%,pero weno,existe una posible exclusion de ambos efectos?) Si esto es cierto,como puede encajar todo?
    GRACIAAAAS

    • Fer137

      El fotón aunque no tenga masa tienen momento lineal, que depende de su longitud de onda: p=h/longitud de onda , ó de su frecuencia: p=h*frecuencia/c

  7. Fer137

    La noticia es bastante confusa.
    En realidad la nave principal que va a Venus no lleva vela solar.
    El cohete se aprovecha para lanzar dos naves, la Akatsuki y la Ikaro.
    La Akatsuki va a Venus de “mision meteorologica” (cualquier proyecto de cualquier especialidad que incluya palabras como CO2 y clima tiene mas probabilidades de financiación por la politiquería).
    La Ikaro es para probar lo de la vela solar. Aprovechan el mismo lanzamiento en dirección a Venus, pero se mueve por la inercia del lanzamiento, no por la vela, supongo que medirán lo que se frena, la ‘aptitud de vuelo’,etc. Para que una de esas velas funcione razonablemente debería tener una superficie quizas miles de veces mayor.

    Con lo eficaz que sería usar tecnologia nuclear en el espacio, tanto para propulsion como para fuente de energia, y pierden el tiempo con estas cositas politicamente correctas.

  8. Sagutxo

    Fer137, es cierto, esta vela es muy pequeña, es un cuadrado de 20 metros de lado. Además creo que no toda su superficie es útil para el empuje fotónico, ya que hay algunos trozos con células solares para producir algo de electricidad.

    Es verdad lo que dices respecto a la energía nuclear. Fíjate en naves como las vetustas Voayager, que tenían un pequeño generador nuclear, y que siguen funcionando décadas después, alejadas del sol. Ya sé que se usaban para generar energía para los instrumentos y no propulsión. Pero digo que mediante energía nuclear, una nave podría obtener no sólo electricidad para los sistemas, sino también propulsión.

    SalU2

    • roberto baz

      Con la energía generada por fusión nuclear no se podría generar empuje en el espacio, porque no es un sistema de propulsión a chorro. La fusión nuclear produce calor que se utiliza para calentar agua. La única forma de aprovecharla sería con la expulsión de vapor, pero no creo que sea la forma más eficiente en el espacio, dada la carencia de agua. Es infinitamente más eficiente la quema de combustible líquido y sólido, puesto que el volumen de gas generado tras la transformación química es mucho mayor a su estado inicial.

      • Pues yo no lo sé, Roberto. Pero alguna manera debe de haber. Mira esta noticia que leí hace unos meses:

        “La Agencia Espacial Rusa (Rocosmos) desarrollará una nueva generación de naves espaciales que serán propulsadas mediante el uso de energía nuclear. Así lo anunció hoy su presidente Anatoli Permínov. Según el científico, es una de las prioridades del programa espacial ruso es viajar a Marte y estas naves les permitirán lograrlo. El empleo de energía nuclear para impulsar cohetes espaciales no es una idea nueva. Esta fue abordada desde la década de los años 60 del pasado siglo por científicos soviéticos y utilizado en satélites.”

        SalU2

        • roberto baz

          La verdad que la única forma que se me ocurre es por emisión de iones y el “motor” actuaría como generador. También mediante pequeñas explosiones nucleares “controladas”….. Creo que será mejor dejar de especular, y esperar. Aunque el tema me tiene realmente intrigado. ¿Se sabe alguna fecha prevista?

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