Le “vele solari” potrebbero raggiungere Marte in 26 giorni!
Uno studio recente esplora il potenziale dell’utilizzo di vele solari in aerografite per viaggiare su Marte e nello spazio interstellare. Scopri di più qui!
Un nuovo studio, proposto dalla rivista Acta Astronautica, esplora il potenziale dell’utilizzo di “vele solari” di aerografite per viaggiare su Marte e nello spazio interstellare, una tecnica che potrebbe ridurre drasticamente il tempo e il carburante necessari per queste missioni.
Questo studio arriva mentre la ricerca in corso sull’uso delle vele solari viene condotta da un gran numero di organizzazioni, insieme alla riuscita missione LightSail2 della Planetary Society, e ha il potenziale per sviluppare sistemi di propulsione più veloci ed efficienti per le missioni nello spazio a lungo termine.
"La propulsione a vela solare ha il potenziale per la consegna rapida di piccoli carichi utili (meno di un chilogrammo) in tutto il Sistema Solare", afferma il dottor René Heller, astrofisico presso l'Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare e coautore dello studio. "Rispetto alla propulsione chimica convenzionale, che può trasportare centinaia di tonnellate di carico utile nell'orbita terrestre bassa e consegnare una grande frazione di quel carico utile sulla Luna, su Marte e oltre, questo sembra ridicolmente piccolo. Ma il valore principale della tecnologia delle vele solari è la velocità .”
Vele solari: cosa sono?
A differenza dei razzi convenzionali, che si affidano al carburante sotto forma di combustione chimica per esercitare una forza esterna sul retro del veicolo spaziale, le vele solari non necessitano di carburante. Usano infatti la luce solare come meccanismo di propulsione, poiché le vele giganti catturano i fotoni solari, proprio come le barche a vela catturano il vento quando viaggiano sull’acqua.
Per lo studio, i ricercatori hanno eseguito simulazioni sulla velocità con cui una vela solare fatta di aerografite con una massa fino a 1 chilogrammo, inclusi 720 grammi di aerografite con una sezione trasversale di 104 metri quadrati, potrebbe raggiungere Marte ed il mezzo interstellare, chiamato anche eliopausa, utilizzando due traiettorie dalla Terra note rispettivamente come metodi di trasferimento verso l'esterno e di trasferimento verso l'interno.
Il metodo di trasferimento diretto verso l'esterno, sia per il viaggio su Marte che per l'eliopausa, prevedeva che la vela solare venisse dispiegata e partisse direttamente da un'orbita polare attorno alla Terra.
Il risultato delle simulazioni
Pertanto, i ricercatori hanno stabilito che il fatto che Marte fosse in opposizione (direttamente opposto alla Terra rispetto al Sole) al momento del lancio della vela solare e della partenza dalla Terra avrebbe prodotto i migliori risultati, sia in termini di velocità che di tempo di volo.
Questa stessa orbita polare di lancio e partenza è stata utilizzata anche per la traiettoria nell'eliopausa. Per il metodo di trasferimento nell’entroterra, la vela solare verrebbe trasportata a circa 0,6 unità astronomiche (UA) dal Sole tramite razzi chimici tradizionali, dove la vela solare verrebbe lanciata e inizierebbe il suo viaggio verso Marte o l’eliopausa.
Ma come fa una vela solare in aerografite a rendere questo viaggio più praticabile? "Con la sua bassa densità di 0,18 kg per metro cubo, l'aerografite è inferiore a tutti i materiali convenzionali per vele solari", afferma Julius Karlapp, assistente ricercatore presso l'Università di Tecnologia di Dresda e autore principale dello studio.
Attraverso queste simulazioni, i ricercatori hanno scoperto che il metodo di trasferimento diretto verso l'esterno e il metodo di trasferimento verso l'interno hanno portato la vela solare ad arrivare su Marte rispettivamente in 26 giorni e 126 giorni, con i primi 103 giorni che rappresentavano il tempo di viaggio dalla Terra al punto di lancio, situato a 0,6 UA.
Gli attuali tempi di viaggio verso Marte variano tra 7 e 9 mesi, cosa che avviene solo durante finestre di lancio specifiche ogni due anni, a seconda delle posizioni di entrambi i pianeti sia al momento del lancio che all'arrivo di qualsiasi veicolo spaziale in arrivo o in partenza da Marte.
Viaggio nell'eliopausa
Per il viaggio verso l'eliopausa, entrambi i metodi hanno richiesto rispettivamente 5,3 e 4,2 anni, con i primi 103 giorni del metodo di trasferimento nell'entroterra dedicati al tempo di viaggio dalla Terra al punto di dispiegamento a 0,6 UA.
Il motivo per cui l'eliopausa viene raggiunta più velocemente con il metodo del trasferimento verso l'interno è perché la vela solare raggiunge la velocità massima in 300 giorni, invece di raggiungere la velocità massima con il metodo del trasferimento verso l'esterno in circa 2 anni.
Le stime degli attuali tempi di viaggio verso l'eliopausa possono essere effettuate sulla base delle sonde Voyager 1 e Voyager 2 della NASA, che hanno raggiunto l'eliopausa rispettivamente in circa 35 e 41 anni. I ricercatori notano che uno dei problemi principali legati all’uso delle vele solari è la decelerazione, o rallentamento, una volta raggiunta la destinazione, in particolare Marte, e sebbene menzionino l’aerocattura come soluzione, ammettono che ciò richiede ancora ulteriori studi.
Sebbene la tecnologia delle vele solari sia stata proposta dalla NASA già negli anni ’70, un esempio recente di questa tecnologia è il Solar Cruiser della NASA, il cui lancio è attualmente previsto per febbraio 2025.