Un razzo può accelerare una sonda alla velocità necessaria per raggiungere l'obiettivo, ma la quantità di gas che può espellere e la sua velocità di espulsione sono limitate, come nel caso di una nave spinta da motori diesel. Le navi a vela, invece, non hanno questo problema perché possono variare la loro velocità sfruttando la pressione che il vento esercita sulle vele.
Una vela solare può essere utilizzata in aggiunta a un motore a razzo per le sonde spaziali. Per la propulsione utilizza la radiazione elettromagnetica emessa dal Sole invece del vento. Sebbene la pressione esercitata dalla luce sia debole, può generare una spinta sufficiente a tirare una piccola sonda verso l'obiettivo.
L'uso della pressione della luce per navigare è altamente efficiente e permette ai veicoli di essere spinti nello spazio indefinitamente per raggiungere e mantenere nuove orbite che altrimenti sarebbero inaccessibili. Le vele solari sono in grado di raggiungere velocità notevoli, consentendo una rapida esplorazione del Sistema Solare esterno.
È stato progettato un nuovo concetto per migliorare l'efficienza della luce solare raccolta.
Questa è la filosofia alla base della missione Near-Earth Asteroid Scout (o Nea Scout) della Nasa. La sonda sarà composta da due elementi: un cubesat e una vela solare di 86 metri quadrati. I cubesat sono piccoli veicoli spaziali miniaturizzati; quello di Scout sarà dotato di una fotocamera monocromatica ad alta risoluzione da 14 megapixel, pannelli fotovoltaici, antenna per le comunicazioni e piccoli razzi per le manovre di orientamento.
La vela, invece, sarà realizzata in un sottile polimero plastico e alluminata in modo da riflettere bene la radiazione solare. Per dare un'idea, lo spessore della vela sarà inferiore a quello di un capello umano. Lo scopo della missione Nea Scout è quello di esplorare gli asteroidi vicini alla Terra per comprenderne meglio la composizione e la formazione.
La missione Scout si concentrerà sull'asteroide 2020 GE, che ha un diametro di circa 18 metri. Si tratta di una dimensione simile a quella dell'asteroide che ha causato l'esplosione a Chelyabinsk, in Russia, il 15 febbraio 2013.
Si tratta di una "prima", perché gli asteroidi di diametro inferiore a 100 metri non sono mai stati esplorati direttamente. Il veicolo spaziale utilizzerà la sua telecamera per misurare le dimensioni, la forma, il periodo di rotazione, l'albedo e le caratteristiche spettrali dell'asteroide. Inoltre, cercherà polvere e detriti che potrebbero circondare 2020 GE.
Poiché la fotocamera ha una risoluzione inferiore a 10 centimetri per pixel, il team scientifico della missione sarà in grado di determinare se la struttura di 2020 GE è monolitica, come un masso, o se si tratta di un agglomerato di polvere e rocce come l'asteroide Bennu, cioè un ammasso di macerie.
Nea Scout - insieme ad altre piccole sonde - sarà un carico utile secondario del lancio di prova senza equipaggio Artemis I, in cui un razzo vettore dello Space Launch System metterà in orbita intorno alla Luna una capsula Orion Multi-Purpose Crew Vehicle. La data di lancio di Artemis I non è ancora stata fissata; si sa solo che non avverrà prima del marzo 2022.
Dopo il lancio nello spazio cislunare, Nea Scout dispiegherà i suoi pannelli fotovoltaici e l'antenna di comunicazione. Poi sorvolerà la Luna e dispiegherà la sua vela solare.
Nea Scout eseguirà quindi una serie di sorvoli lunari per ottenere una traiettoria di partenza ottimale prima di iniziare la sua crociera. L'8 settembre 2023, l'asteroide 2020 GE passerà vicino alla Terra a una velocità relativa di 1,45 km/s e Nea Scout andrà abbastanza veloce da salire a bordo. Il centro di controllo della missione metterà a punto la traiettoria finale che Nea Scout seguirà prima che la sonda arrivi a un paio di chilometri dall'asteroide.
In breve, si apre una nuova era dell'esplorazione del Sistema solare, con gli asteroidi vicini alla Terra in planata a fare da apripista.
Vela solare: riflessione e diffrazione
La vela solare diffrattiva utilizzerebbe piccoli reticoli incorporati in film sottili. In questo modo si sfrutterebbe una proprietà della luce chiamata diffrazione. La diffrazione fa sì che i raggi si aprano a ventaglio quando passano attraverso una stretta apertura. Ciò consentirebbe al veicolo spaziale di utilizzare l'energia solare in modo più efficiente senza sacrificare la manovrabilità. I progettisti ritengono che questa soluzione consentirebbe loro di raggiungere luoghi che altri viaggi spaziali non sono stati in grado di raggiungere.
Bill Nelson, amministratore della NASA, ritiene che il programma Innovative Advanced Concepts sia importante perché aiuta a creare nuove tecnologie che potrebbero essere utilizzate per missioni future. Questo programma permette di avvicinare alla realtà nuove idee, come le vele solari.
