La vela solar LightSail 2 y el recuerdo de IKAROS

La vela solar LightSail 2 de la organización estadounidense The Planetary Society ha completado con éxito su misión. La vela fue lanzada el pasado 25 de junio de 2019 en la tercera misión del Falcon Heavy dentro del microsatélite Prox 1 (Nanosat 7) y se situó en una órbita inicial de 710 x 730 kilómetros y 24º de inclinación. Finalmente, el 23 de julio a las 18:47 UTC la vela se desplegó perfectamente. A pesar de estar diseñada como un Cubesat 3U de apenas 5 kg, la superficie de la vela una vez desplegada alcanzó los 32 metros cuadrados. A lo largo de los siguientes días la vela ha usado la presión de radiación de la luz solar para realizar varias maniobras orbitales, demostrando su correcto funcionamiento.

La vela solar LightSail 2 desplegada (The Planetary Society).

Para The Planetary Society es un gran y merecido éxito después de su larga y accidentada historia con las velas solares. La sociedad lanzó el 20 de julio de 2001 un experimento para demostrar la capacidad de desplegar una vela solar a bordo de un cohete Volná, un misil balístico ruso R-29R lanzado desde submarinos modificado para misiones espaciales. Esta primera prueba debía haber sido un vuelo suborbital, pero terminó en fracaso por un fallo del misil. El 21 de junio de 2005 se lanzó otro Volná con la vela solar de 40 kg Cosmos 1, pero tampoco hubo suerte. De haber logrado alcanzar la órbita, la Cosmos 1 se habría convertido en la primera vela solar de la historia.

Recreación de Cosmos 1 en órbita (The Planetary Society).
Características de Cosmos 1 (The Planetary Society).
Louis Friedman de la Planetary Society con la Cosmos 1 (The Planetary Society).

Después del fiasco de Cosmos 1, The Planetary Society volvió a la carga con LightSail, otro proyecto de vela solar similar al Cosmos 1, pero que hacía uso de tecnologías más actuales para reducir la masa del satélite inspirándose en el proyecto NanoSail-D de la NASA. Tras muchos problemas para financiar su desarrollo y construcción con fondos privados, el 20 de mayo de 2015 fue lanzada la LightSail 1 como carga secundaria mediante un cohete Atlas V 501. Aunque el lanzamiento fue un éxito, LightSail 1 quedó situada en una órbita de 360 x 700 kilómetros, demasiado baja para que el efecto de la presión de radiación fuese superior al del rozamiento atmosférico. O, dicho con otras palabras, la vela se desplegó correctamente, pero no pudo funcionar como vela solar.

Pruebas de despliegue de la LightSail 1, similar a la LightSail 2 (The Planetary Society).

Ahora, tras dieciocho años de decepciones, es normal que The Planetary Society celebre el éxito de la LightSail 2 por todo lo alto. Especialmente si tenemos en cuenta que el proyecto de vela solar de esta organización fue originalmente propuesto por Carl Sagan y Bruce Murray, dos de los fundadores de la Planetary Society. No cabe duda de que Sagan estaría satisfecho de ver la primera vela solar operativa en órbita baja terrestre. Pero hay un problemilla… y es que muchos medios se han hecho eco del éxito de la LightSail 2 como si fuera la primera vela solar de la historia. O, al menos, la primera que ha usado la presión de radiación para modificar su órbita, algo que es falso. Efectivamente, l primera vela solar de la historia —es decir, concebida y construida para ser una vela solar, no me vengan con satélites Echo y cosas así— que funcionó correctamente fue la IKAROS japonesa (イカロス o 小型ソーラー電力セイル実証機 en japonés). IKAROS pasará a la historia por tener el acrónimo más molón y apropiado de cualquier sonda espacial (sí, es un acrónimo: Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun). Fue lanzada el 20 de junio de 2010 mediante un cohete H-IIA 202 como carga secundaria junto a la sonda Akatsuki para el estudio de Venus.

La vela solar IKAROS vista por la cámara DCAM2 que desplegó para filmarse a sí misma (JAXA).
Secuencia de despliegue de IKAROS (JAXA).

IKAROS fue situada en una órbita interplanetaria entre la Tierra y Venus y, por tanto, se convirtió no solo en la primera vela solar de la historia, sino también en la primera vela solar interplanetaria. IKAROS era una vela realmente grande, con una masa de 310 kg y una superficie de 196 metros cuadrados (recordemos que la LightSail 2 tiene 32 metros cuadrados). Además incorporaba cámaras desplegables para filmarse a sí misma desde lejos. Estas cámaras, DCAM1 y DCAM2, se convirtieron a su vez en los primeros subsatélites interplanetarios de la historia. Por si fuera poco, también llevaba paneles solares flexibles integrados en la superficie de la vela. El 8 de diciembre de 2010 IKAROS pasó a unos 80 000 kilómetros de Venus, así que técnicamente incluso podemos decir que fue la primera vela solar que pasó por otro planeta (aunque fuese desde muy lejos). IKAROS funcionó perfectamente hasta abril de 2015, cuando se recibió su última transmisión.

IKAROS vista desde la cámara DCAM2 (JAXA).
Órbita inicial de IKAROS (JAXA).
IKAROS con parte de su equipo (JAXA).

Inspirados en el éxito de IKAROS, Japón quiere llevar a cabo una misión de retorno de muestras de un asteroide troyano en la órbita de Júpiter usando una vela solar durante la próxima década. En definitiva, bien por la LightSail 2 y bien por The Planetary Society (organización, por cierto, de la que soy un orgulloso socio). Pero, por favor, no nos olvidemos de IKAROS simplemente por el hecho que era japonesa.



39 Comentarios

  1. Muy buen articulo Daniel y muy buena aclaracion.A todo esto y no sabia donde preguntarlo.Hace años que no se sabe casi nada del polemico motor VASIMR.Hay alguna novedad?

    1. Hilario sabe sobre eso.
      En resumen, siguen investigando demostrando su viabilidad, pero hasta ahora no es muy prometedor.
      La NASA sigue apostando por el X3.

      El.VASIMIR podría ser realidad con el reactor de fusión de Lockheed Martín

      1. …y el reactor de fusión de Lockheed Martin podría ser realidad con la Piedra Filosofal de Harry Potter.

        Supuestamente en pocos días debería haber noticias oficiales del motor VASIMR por ejemplo aquí…
        http://www.adastrarocket.com/aarc/PressReleases

        …pues si las cuentas no me fallan está a punto de concluir el tercer y último año del contrato que Ad Astra tiene con la NASA en el marco del programa de desarrollo NextSTEP.

      2. Sinceramente, creo es es un pufo.

        Yo también creí que el invento de Chang Díaz sería la leche en bote, pero con el paso del tiempo he visto que en realidad no lleva a ningún sitio. No solo es más ineficiente que el X3, sino que requiere cantidades de energía tremendas para hacer lo mismo. Y si quieres usar un reactor que dé 100 MW eléctricos al VASIMR, necesitas sí o sí un reactor que genere 300 MW térmicos, lo que supone tener que cargar con enormes disipadores de calor.

        Ahora que se les acaba el contrato con la NASA los de Ad Astra les han sacado un millón de dólares o así a los canadienses pero vamos, que del famoso supermotor para ir a Marte en 40 días ya nadie se acuerda y solo aspiran a pequeños experimentos.

        1. …probablemente tiene mas futuro el motor de plasma helicon de SENER y la UC3M que el vasimr. A priori, es mejor que cualquier motor de efecto hall (como el X3), y desde luego bastante mejor que el VASIMR. Es mas sencillo y duradero al carecer de rejillas ni electrodos, y ofrece mayor capacidad de empuje a igualdad de potencia que los iónicos o los de efecto hall.
          O al menos, eso promete.

  2. Sí señor, ahora nosotros a difundir tu artículo, que deja bien claro todo para cualquier periodistucho generalista de medio pelo.

    Muchas gracias por el ritmo de artículos de las últimas semanas ¿vacaciones? 😉

  3. Li de los medios generalistas es uns guerra perdida, sobre todo teniendo en cuenta que la mayoría de los redactores han salido de facultades de ciencias de la información con la nota de entrada mas baja de la universidad en España.

    Hace unos días en EL CONFIDENCIAL publicaron un artículo sobre las Leónidas ilustrando el artículo con una foto circumpolar (una de esas que muestran trazos estelares alrededor del polo celeste) diciendo que eran «estrellas fugaces». Les dije que eso era falso y me censuraron el comentario.

    Las velas solares y fotónicas (empujadas por láser o microondas) tienen un gran futuro para pequeñas sondas, incluso interestelares.

  4. Hola

    Bueno, me acuesto leyendo una nota y me despierto y ya hay otra. Que más decir!
    Que ingenioso sistema de despliegue de Ikaros.
    No parece tener limite el tamaño de las velas al no depender de de varillas telescópicas ni otros tipo de largueros rigidos.
    Y acá va entonces una doble felicitación, una por el artículo y otra por la exitosa misión de la que eres parte como miembro de la The Planetary Society!
    (y de paso voy a averiguar como es para asociarse).

    Un saludo

    1. Pues no es tan difícil se puede ser socio por unas módicas cantidades al mes…y encima uno elige cual es más aceptable para uno…yo también soy soy socio, y siempre envían detalles a casa, información sobre programas, etc…

      Es una buena forma para que los aficionados financiemos una fundación que presiona para el desarrollo espacial…además de misiones como esta o instrumentos en otras misiones espaciales…

      1. Bueno, ya está, me asocié.
        Contento por un lado por poder colaborar en algo que me gusta, pero con culpa por el otro.
        La culpa? Pues que he puesto unos dólares a la The Planetary Society, y Daniel, con todo su labor, está a pico seco.

  5. La primera vez que leí algo sobre velas solares era en un relato de Asimov, que describía una regata entre veleros solares. Lo que me llama la atención es que en ese relato la mayor parte del impulso no venía de la presión de radiación sino del viento solar, que como sabes es un flujo de partículas materiales y no de fotones. ¿Estaba equivocado el relato de Asimov o efectivamente ambos fenómenos contribuyen?

    1. 1) ¿Asimov? 😉

      2) Ambos fenómenos contribuyen, pero para aprovecharlos óptimamente necesitas velas de distinto tipo.

      Para aprovechar la presión de la radiación (fotones) están las mal llamadas «velas solares» (nombre confuso por ser demasiado genérico) mejor conocidas como velas fotónicas, que son «velas solares» si el emisor de fotones es el Sol u otra estrella, «velas láser» si el emisor de fotones es un láser, «velas [rellene aquí]» si el emisor de fotones es un [rellene aquí]…

      Para aprovechar el viento solar (flujo de partículas materiales) están las velas eléctricas (E-sail) y las velas magnéticas (magsail), que no son enteramente pasivas como las velas fotónicas porque necesitan generar un campo eléctrico o magnético que oficie como superficie de reacción (la «vela») a la acción del plasma ionizado (el «viento», un flujo de protones principalmente).

      Más info :
      en.wikipedia.org/wiki/Electric_sail
      en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_sail

      Y no sé hasta qué punto estos tipos de vela serían combinables, como desea Erick en su comentario de más abajo. Que yo también lo deseo, vamos, pero al imaginar un «paraguas» cuya membrana es la vela fotónica y sus nervaduras son los cables inductores del campo eléctrico o magnético… intuyo que la membrana interferiría negativamente con el campo.

      Está demás decir que mi intuición no vale un duro 🙂 pero casualmente lo único que encontré (tampoco es que haya buscado mucho) al respecto de una posible combinación es este paper…

      groundai.com/project/electric-sail-photonic-sail-and-deorbiting-applications-of-the-freely-guided-photonic-blade/

      …y la Figure 9 no se parece precisamente al «paraguas» que describí arriba. El tema es fascinante, si alguien sabe algo más al respecto, pues.. ¡comenten! 🙂

      Saludos.

      1. En cuanto a las velas magnéticas, puedo citar una novela que me parece una gozada, especialmente recomendada para paladares hard: El naufragio de «el río de las estrellas» de Michael F. Flynn.
        P.d.: Si Arthur C. Clarke levantase la cabeza…

  6. Sin irse a estructuras gigantescas, actualmente qué nos permite hacer una vela solar? Por qué dejó de funcionar IKAROS? Por qué no hay más experimentos con esta tecnología tan prometedora? No se podría hacer un dispositivo que diera vueltas al sol cogiendo velocidad y finalmente salir de la órbita hacia el exterior del sistema solar? Cuanto peso podría gestionar una vela como la de IKAROS? Se podría usar un RTG generando luz para seguir acelerando después de cierta distancia del sol? Sería mínimamente eficiente comparado con un motor nuclear?
    Las velas solares parecen una tecnología muy barata y que no tiene inconvenientes como los combustibles que pueden explotar o las radiaciones atómicas. Se podría aprovechar el viento solar? Se podría almacenar el viento solar como combustible? Lamento poner tantas preguntas, sin ton, ni son.

    1. Buenas, sobre el rtg… Diría que violaría la 2a ley de la termodinámica (si va embarcado). Si se usan láseres desde la tierra / órbita baja, no.

      Saludos!

      1. Y si emites los fotones de manera perpendicular a la dirección del movimiento y emites en ambas direcciones, hacia arriba y hacia abajo y con unos espejos a 45º redireccionas los fotones hacia la vela solar?

          1. Ni idea … por qué no se puede emitir directamente fotones … o energía para propulsarse? si rompiera la 2ª ley de newton. Una reacción nuclear con un agujero en la dirección opuesta a la dirección a la que queremos ir, por qué no funciona?

          2. Disculpen mi falta de conocimientos. Hace muchos años que dejé el bachiller de ciencias y pensar no es lo mío.

          3. A ver … no soy un genio ni tengo los conocimientos para entender lo que escribe el genio de Francis. Pero … recapitulemos:

            – La vela solar funciona. Usa los fotones emitidos por el sol para propulsarse.
            – Viajar en el espacio consiste en cumplir las leyes de la naturaleza de Newton. Y para mover algo hacia adelante, tienes que ‘tirar’ algo hacia atrás. Los cohetes químicos lanzan gases del propelente lo más rápidamente posible, para impulsarse hacia adelante, si no me equivoco.

            Entonces si la luz se puede comportar como una partícula más, entonces debería un motor que genera luz, y con reflectores en el interior de la cavidad y con una zona sin cubrir para dejar salir los fotones, debería impulsar hacia adelante el vehículo. No creo estar hablando de una magufada, pero seguro que mi estupidez está en alguna parte de lo que he dicho. Quizás la energía nuclear no podría generar suficiente luz / partículas como para mover significativamente una nave … o quizás sea otra cosa, no lo sé.

            Gracias por pensar que puedo entender lo que escribe Francis 😉 y gracias por leer lo que he escrito y gracias por el respeto con el que has escrito tu respuesta y gracias por tu paciencia para explicar algo que seguramente será algo básico pero que no entiendo.

          4. Puedes tener un emisor de fotones y esos fotones pueden mover una vela solar. Hasta ahí vamos bien.

            Los fotones no tienen masa, pero tienen momento, que equivale a energía cinética. Los fotones transfieren su momento a la vela y la vela se mueve hacia adelante.

            Pero sucede que hay una transferencia de momento igual y de sentido contrario: el emisor de fotones se mueve hacia atrás al emitir los fotones. Es el mismo principio de acción y reacción por el cual un fusil experimenta retroceso (culatazo) al disparar una bala.

            Entonces lo que NO puedes tener es el emisor de fotones unido a la vela, porque la vela no se va a mover. El momento hacia adelante que recibe la vela se cancela exactamente con el momento hacia atrás que recibe el emisor de fotones.

            Sería lo mismo que intentar mover un barco velero con un ventilador fijado al barco que sopla viento sobre la vela: el empuje que recibe la vela se cancela con el retroceso que sufre el ventilador. Más vale olvidarse de la vela y apuntar el ventilador hacia atrás para mover al barco hacia adelante, como en el caso de un bote pantanero o un avión.

  7. Muy buen artículo definitiva las velas solares son el futuro de la exploración espacial y me pregunto si se podría hacer uso de uno de estos ingenios para elevar la órbita de satélites como por ejemplo un satélite que nesecita ir de Leo a GTO me imagino que la duración de la misión se alargaría mucho pero el ahorro de combustible y dinero debe ser sustancial 🤔

  8. Entre «la primera vela solar» años tarde y «el planeta de las superballenas» vamos apañados con la calidad de las noticias de verano.

    1. Una buena noticia para los españoles es lo del Telescopio de Treinta Metros, que gracias a las supersticiones religiosas hawaianas quizá acabe por construirse en Canarias. Pedro Duque, nuestro ministro de Ciencia, ha dicho que «absolutamente todo estará listo si quieren venir».

  9. Las velas solares, una de las soluciones más imaginativas (y también eficaces) que nos ayudarán a traspasar «la última frontera». Y es bueno recordar quiénes han sido los primeros en explorar esta solución.

    Quizá no estaría demás, en algún otro artículo sobre el tema, recordar cuál es el material que se emplea para las velas solares y si hay un trimado posterior para aprovechar al máximo la presión de la radiación de la luz solar.

  10. Estupenda entrada, como siempre.

    Las velas solares me parecen una solución ideal para impulsarse en el sistema solar interior. Quizá lo más adecuado es adaptarse al medio, como hacen los seres vivos. El medio en este caso es un espacio vacío enorme, en ingravidez, con abundante radiación, que permite estructuras gigantescas y livianas.

    Para los fans de la energía nuclear también les debería parecer la solución ideal, porque el Sol la proporciona sin más límite que el tamaño de la vela que seamos capaces de desplegar.

    ¿Hay alguna vela solar que se infle como un globo? Quizá sería una manera eficaz de desplegar una vela gigante. Como los micrometeoritos la desinflarían enseguida, antes de que ocurra se podría mantenerla extendida haciéndola girar dejando escapar el gas por toberas de la periferia.

  11. Respecto a las leyes de Newton,
    No tiene sentido emitir fotones y dirigirlos hacia una vela, para eso los diriges en sentido contrario, y tienes un motor fotónico. Las velas sólo tienen sentido para aprovechar un flujo externo que te empuje. Cómo bien han dicho el empuje que se hace a la vela es compensado por el empuje en sentido contrario que sufre el emisor.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 2 agosto, 2019
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Japón • Sistema Solar