La vela solare funziona per pressione di radiazione e raggiunge grandi velocità senza bisogno di carburante. Può un’invenzione del genere dare nuovo slancio all’esplorazione spaziale?
Quanti di noi ricordano il film Disney Il pianeta del tesoro, in cui il protagonista viaggia nello spazio su un vascello dalle vele dorate? Beh, questa potrebbe presto diventare una realtà non molto distante dalla nostra. Non dobbiamo immaginare un galeone del sedicesimo secolo, certo, ma una navicella spaziale dotata di vele, le cosiddette vele solari, è decisamente un’ipotesi realistica.
La vela solare
La vela solare, o vela fotonica, è un metodo di propulsione che sfrutta le onde luminose. Per questo motivo non necessita di carburante, al contrario di altri tipi di navicelle. Una sonda ordinaria infatti, viene lanciata nello spazio tramite un razzo, e poi continua a muoversi per inerzia, non subendo né l’attrito dell’aria né l’effetto della gravità.
La sua velocità dipende quindi dalla spinta iniziale data dal razzo. Più si vuole accrescere la velocità, più carburante serve. Ma se aumenta il carburante aumenta anche la massa del veicolo, e per spostare una massa maggiore serve una velocità maggiore. Come si aumenta la velocità? Con altro propellente, il problema si ripropone uguale. Una vela fotonica invece, avrebbe bisogno soltanto della spinta sufficiente per lasciare l’orbita terrestre, dopo di che proseguirebbe autonomamente.
Il funzionamento
Ma vediamo come funziona nel dettaglio una vela solare. Una volta rilasciato nello spazio, il veicolo dispiega un’ ampia superficie riflettente, una sorta di specchio membranoso. Per muoversi sfrutta la cosiddetta pressione di radiazione: i fotoni provenienti dal sole, riflettendosi sulla vela, le imprimono una lievissima accelerazione. Questo perché anche se sono privi di massa, comunque trasportano energia.
La pressione di radiazione, dalla Terra, è quasi impercettibile, pari a 4,563×10(−6) Pascal, ma nello spazio non esiste attrito, e anche una quantità tanto piccola può dare un’accelerazione considerevole. Con una vela solare abbastanza grande potremmo spingere una sonda fino a Giove in soli 2 anni, oppure superare l’orbita di Plutone in 10 anni, viaggio che la Voyager 1 ha compiuto in un tempo circa quattro volte più lungo.
Le missioni
Il primo esperimento con una vela solare non ebbe buoni risultati: risale al 2001, e si chiama Cosmos 1. Ideato dalla Planetary Society, fallì perché il razzo vettore aveva un guasto durante il lancio. La missione avrebbe dovuto lanciare una vela solare in orbita attorno alla Terra, e sarebbe durata un mese.
Ebbe successo invece il progetto giapponese IKAROS, che nel 2008 è riuscito a inviare una sonda a vela fotonica verso Venere. Il passo definitivo venne fatto con le unità Lightsail 1 e 2, di Planetary Society e Space X. La prima fu lanciata nel 2015, è stata un esperimento, per verificare i sistemi di apertura dei pannelli riflettenti. Lightsail 2 invece, progetto del 2019, serviva per testare il controllo della guida, e diede ottimi risultati. Il razzo Falcon Heavy ha spedito la navicella in orbita e ha rilasciato la capsula che ha dispiegato le vele solari. Lightsail 2 è tuttora un satellite artificiale orbitante.
In futuro
Le vele fotoniche risultano molto vantaggiose sotto numerosi punti di vista, sono leggere e veloci, e relativamente economiche. Tuttavia, non possono portare molto carico e, soprattutto, non possono entrare nell’orbita di un altro pianeta o atterrare facilmente, data l’elevata velocità a cui viaggiano. Per rallentare avrebbero bisogno di propellente, o di altre vele più piccole.
Questo però non ci impedirà di dare inizio a missioni nello spazio profondo. È possibile, per esempio, spingere una vela solare ad altissime velocità dalla Terra, con un laser. In questo modo possiamo immaginare di raggiungere Proxima Centauri, la stella più vicina a noi, in venti anni. Si tratterebbe di inviare una piccolissima sonda agganciata ad una vela di svariati metri, e accelerarla fino a un quinto della velocità della luce. Queste sono solo ipotesi, per ora, ma l’esplorazione dello spazio inizia finalmente a prendere una svolta decisiva.
Anna Passanese
Per approfondire…
Un veliero fra le stelle è il quarto articolo della serie Le macchine del futuro, di Anna Passanese.
