¿Qué es la navegación solar? ¿Cómo afecta al medio ambiente?

La navegación solar se realiza en el espacio, no en el mar. Consiste en utilizar la radiación solar en lugar de combustible para cohetes o energía nuclear para propulsar las naves espaciales. Su fuente de energía es casi ilimitada (al menos durante los próximos miles de millones de años), sus beneficios pueden ser sustanciales y demuestra el uso innovador de la energía solar para impulsar la civilización moderna.

Cómo funciona la vela solar

Una vela solar funciona del mismo modo que las células fotovoltaicas (FV) en un panel solar: convirtiendo la luz en otra forma de energía. Los fotones (partículas de luz) no tienen masa, pero cualquiera que conozca la ecuación más famosa de Einstein sabe que la masa no es más que una forma de energía.

Los fotones son paquetes de energía que se mueven, por definición, a la velocidad de la luz, y como se mueven, tienen un momento proporcional a la energía que transportan. Cuando esa energía choca con una célula solar fotovoltaica, los fotones perturban los electrones de la célula, creando una corriente, medida en voltios (de ahí el término fotovoltaico). Sin embargo, cuando la energía de un fotón choca con un objeto reflectante como una vela solar, parte de esa energía se transfiere al objeto en forma de energía cinética, al igual que ocurre cuando una bola de billar en movimiento choca con otra inmóvil. La vela solar puede ser la única forma de propulsión cuya fuente no tiene masa.

Al igual que un panel solar produce más electricidad cuanto más fuerte es la luz solar que incide sobre él, también una vela solar se mueve más rápido. En el espacio exterior, sin la protección de la atmósfera terrestre, una vela solar es bombardeada con porciones del espectro electromagnético con más energía (como los rayos gamma) que los objetos de la superficie de la Tierra, que está protegida por la atmósfera terrestre de esas ondas de alta energía de la radiación solar. Y como el espacio exterior es un vacío, no hay oposición a que los miles de millones de fotones golpeen una vela solar y la hagan avanzar. Mientras la vela solar permanezca lo suficientemente cerca del Sol, puede utilizar la energía del Sol para navegar por el espacio.

Una vela solar funciona como las velas de un velero. Cambiando el ángulo de la vela con respecto al Sol, una nave espacial puede navegar con la luz a sus espaldas o virar en contra de la dirección de la luz. La velocidad de una nave espacial depende de la relación entre el tamaño de la vela, la distancia a la fuente de luz y la masa de la nave. La aceleración también se puede potenciar mediante el uso de láseres terrestres, que llevan niveles de energía más altos que la luz ordinaria. Como el bombardeo de los fotones del Sol nunca termina y no hay resistencia, la aceleración del satélite aumenta con el tiempo, lo que hace que la vela solar sea un medio eficaz de propulsión a largas distancias.

Beneficios medioambientales de la vela solar

Poner una vela solar en el espacio sigue necesitando el combustible de un cohete, ya que la fuerza de la gravedad en la atmósfera inferior de la Tierra es más fuerte que la energía que puede captar una vela solar. Por ejemplo, el cohete que lanzó LightSail 2 al espacio el 25 de junio de 2019 -el cohete Falcon Heavy– utilizó queroseno y oxígeno líquido como combustible para cohetes. El queroseno es el mismo combustible fósil que se utiliza en los reactores, con aproximadamente las mismas emisiones de dióxido de carbono que el gasóleo de calefacción doméstico y algo más que la gasolina.

Aunque la escasa frecuencia de los lanzamientos de cohetes hace que sus «https://www.treehugger.com/spacex-launch-puts-out-much-co-flying-people-across-atlantic-4857958»>gases de efecto invernadero sean insignificantes, las demás sustancias químicas que el combustible para cohetes libera en las capas superiores de la atmósfera terrestre pueden causar daños en la importantísima «https://www.treehugger.com/proof-ozone-hole-recovering-4862731»>capa de ozono. Sustituir el combustible de los cohetes en las órbitas exteriores por velas solares reduce el coste y el daño atmosférico causado por la quema de combustibles fósiles para la propulsión. El combustible para cohetes también es caro y finito, lo que limita la velocidad y la distancia que pueden recorrer las naves espaciales.

La navegación solar es poco práctica en las órbitas terrestres bajas (LEO), debido a las fuerzas ambientales como la resistencia y las fuerzas magnéticas. Y aunque los viajes interplanetarios más allá de Marte se vuelven más difíciles, debido a la disminución de la energía de la luz solar en el sistema solar exterior, la navegación solar de las naves espaciales puede ayudar a reducir los costes y limitar los daños a la atmósfera terrestre.

Las velas solares también pueden emparejarse con paneles solares fotovoltaicos, que convierten la luz solar en electricidad al igual que en la Tierra, permitiendo que las funciones electrónicas del satélite sigan funcionando sin otras fuentes de combustible externas. Esto tiene la ventaja añadida de permitir que los satélites permanezcan en posición estacionaria sobre los polos de la Tierra, aumentando así la capacidad de vigilar constantemente por satélite los efectos del cambio climático en las regiones polares. (Un «satélite estacionario» normalmente se mantiene en el mismo lugar respecto a la Tierra moviéndose a la misma velocidad que el giro de la Tierra, lo que es imposible en los polos)

Ilustración de una futura nave de navegación solar que estudia los exoplanetas del sistema Centauri
Cronología de la navegación solar
1610
El astrónomo Johannes Kepler sugiere a su amigo Galileo Galilei que algún día las naves podrían navegar atrapando el viento solar.
1873 
El físico James Clerk Maxwell demuestra que la luz ejerce presión sobre los objetos cuando se refleja en ellos.
1960 
Echo 1 (un globo satélite metálico) registra la presión de la luz solar.
1974 
La NASA angula los paneles solares del Mariner 10 para que funcionen como velas solares en su camino hacia Mercurio.
1975 
La NASA crea un prototipo de nave espacial de vela solar para visitar el cometa Haley.
1992 
La India lanza el INSAT-2A, un satélite con una vela solar destinada a equilibrar la presión sobre su conjunto solar fotovoltaico.
1993 
La Agencia Espacial Rusa lanza el Znamya 2 con un reflector que se despliega como una vela solar, aunque ésta no es su función.
2004 
Japón despliega con éxito una vela solar no funcional desde una nave espacial.
2005 
La misión Cosmos 1 de la Sociedad Planetaria, que contenía una vela solar funcional, se destruye en el lanzamiento.
2010 
El satélite japonés IKAROS (nave interplanetaria acelerada por la radiación del Sol) despliega con éxito una vela solar como propulsión principal.
2019
La Sociedad Planetaria, cuyo director general es el famoso educador científico Bill Nye, lanza el satélite LightSail 2 en junio de 2019. LightSail 2 es nombrado uno de los 100 mejores inventos de 2019 de la revista TIME.
2019
La NASA selecciona el Crucero Solar como misión de vela solar para la investigación del espacio profundo.
2021
La NASA continúa el desarrollo del NEA Scout, una nave espacial de vela solar destinada a explorar los asteroides cercanos a la Tierra (NEA). El lanzamiento previsto es en noviembre de 2021, retrasado desde mayo de 2020.

Lo más importante

La vela solar sigue requiriendo combustibles fósiles para poner en órbita o más allá las naves espaciales, pero no obstante tiene sus beneficios medioambientales y -quizá lo más importante- demuestra el potencial de la energía solar para resolver los problemas medioambientales más acuciantes de la Tierra.

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