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Un nuovo tipo di vela solare (diffrattiva) potrebbe rivoluzionare l’esplorazione dello spazio

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Nel programma Concetti avanzati innovativi della NASA (NIAC), l’agenzia spaziale statunitense ha selezionato un progetto di vela solare che potrebbe aprire la strada a nuove destinazioni. Questa innovazione, chiamata Diffractive Solar Sail, potrebbe rivelarsi molto più efficiente delle vele solari esistenti. Il fenomeno della diffrazione permette di sfruttare al meglio tutta la luce solare raccolta. Un veicolo spaziale dotato di questa vela sarebbe quindi più efficiente e manovrabile.

La maggior parte dei veicoli spaziali oggi funziona con motori a razzo o motori ionici. È quindi strano immaginare un veliero che viaggia nello spazio. Tuttavia, l’azionamento a vela solare ha già dato prova di sé. A causa della bassa spinta che genera, questo dispositivo ovviamente non permetterà a una macchina di lasciare il suolo, ma è abbastanza utilizzabile su dispositivi in ​​orbita o che hanno raggiunto la velocità di fuga.

In particolare, il concetto è stato testato dall’Agenzia spaziale giapponese (JAXA), lanciata nel 2010. la sua nave IKAROS dotato di una vela ombreggiante in poliimmide di 200 m², ricoperta di celle solari sul 10% della superficie. Questa dimostrazione tecnologica aveva lo scopo di valutare le prestazioni di questo tipo di propulsione. Più recentemente, The Planetary Society, un’organizzazione no-profit globale dedicata all’esplorazione spaziale, ha anche testato la navigazione solare attraverso due progetti, LightSail 1 e Vela leggera 2lanciato rispettivamente nel 2015 e nel 2019. LightSail 2 continua la sua missione oggi, consentendo la raccolta di dati vitali su questa modalità di propulsione.

Una vela basata sul fenomeno della diffrazione

Le vele ombreggianti funzionano a causa della pressione esercitata dai fotoni della luce solare (chiamata pressione radiante) quando colpiscono la loro superficie. Questa forza è relativamente debole, ma più grande e riflettente è la vela, più aumenta (se la particella viene riflessa invece che assorbita, trasmette il doppio della sua quantità di moto). Regolando l’inclinazione della vela, è possibile agire sulla forza applicata – offrendo più o meno superficie velica alla luce – e quindi governare la nave (come una barca a vela).

Il principale vantaggio di questo metodo di propulsione è che è possibile risparmiare carburante, dando alla nave un raggio d’azione molto lungo per esplorare il sistema solare. Il concetto ha però dei limiti: la spinta è massima solo quando i raggi luminosi sono diretti direttamente alla vela. Le possibilità di manovra sono quindi limitate, perché una nave dotata di tale vela non può muoversi in nessuna direzione.

Il progetto della vela solare diffrattiva Il suo scopo è proprio quello di aggirare questo “difetto”. Questa tecnologia sfrutta il fenomeno della diffrazione della luce. Quando le onde luminose incontrano i bordi di un ostacolo (ad esempio una fessura o un’altra apertura stretta su un pannello opaco), vengono deviate dal loro percorso originale e si propagano in direzioni diverse sull’altro lato. Questo è esattamente l’effetto a cui mira questa nuova vela solare: sarà quindi composta da più piccole reti, integrate in film sottili, che distribuiranno la luce ricevuta su tutta la vela. In teoria, ciò consentirà alla navicella spaziale di utilizzare la luce solare in modo più efficiente senza sacrificare la manovrabilità.

Questa tecnologia potrebbe consentire di ideare missioni in luoghi particolarmente difficili da raggiungere con le modalità di propulsione tradizionali, come le orbite attorno ai poli del sole. Gli strumenti scientifici posti in questa posizione migliorerebbero la nostra comprensione del sole, così come la nostra capacità di prevedere il tempo spaziale.

Un progetto cruciale per la scienza eliofisica

Esplorare l’universo significa che abbiamo bisogno di nuovi strumenti, nuove idee e nuovi modi per spostarciJim Reuters ha dichiarato in una nota:, amministratore associato della direzione della missione della tecnologia spaziale della NASA (STMD). Ecco perché la NASA non esita a investire nei progetti più creativi e promettenti. † Il nostro obiettivo è cambiare il possibile e la Diffractive Solar Sail promette di farlo per alcune nuove entusiasmanti applicazioni di missione. ha aggiunto Mike LaPointe, responsabile del programma NIAC ad interim.

Ora che la Diffractive Solar Sail è stata selezionata per la Fase III del programma NIAC, il team del progetto, guidato da Amber Dubill del Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory di Laurel, nel Maryland, ha ottenuto un finanziamento di 2 milioni di dollari in due anni per sostenere il sviluppo per continuare la sua tecnologia.

La vela dovrebbe essere sia forte che leggera. Grazie al fenomeno della diffrazione, può essere più piccolo delle vele solari testate finora. Dubill ei suoi colleghi hanno già progettato, prodotto e testato diversi tipi di materiali per i veli diffrattivi; il loro nuovo finanziamento ottimizzerà ulteriormente questo materiale. Si prevede inoltre di condurre vari test a terra per prepararsi al meglio per le missioni future.

Il team è fiducioso che la vela diffrattiva fornirà opportunità di osservazione solare senza precedenti; prevede inoltre di posizionare un’intera costellazione di vele solari diffrattive attorno al sole per raccogliere immagini e altri dati. † Con l’esperienza combinata del nostro team in ottica, aerospaziale, vele solari tradizionali e metamateriali, speriamo di consentire agli scienziati di studiare il sole come mai prima d’ora. disse il project manager.

Fonte : Nasa

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