¿Qué tamaño pueden tener las velas solares?

Si realmente no te importa ir de un lugar del espacio a otro rápidamente, una vela solar puede ser una buena opción. Una vela solar es ligera (sin doble sentido) y no requiere combustible a bordo. A primera vista, suena como el sueño de un ingeniero aeroespacial. Sin embargo, el gran problema es que lleva mucho tiempo acelerar a velocidades significativas. El problema puede solucionarse un poco haciendo que la vela solar sea más grande, pero eso significa que puede volverse difícil de manejar (y, por lo tanto, más difícil de desplegar) y un poco difícil de meter en un cohete. Entonces, una vez más, aquí voy con una pregunta de "tamaño":

¿Qué tan grandes pueden llegar a ser razonablemente las velas solares (asumiendo recursos finitos)? ¿Cuáles son los más grandes actualmente en el tablero de dibujo?

Finalmente, como ha señalado called2voyage, se podría hacer una vela solar muy grande con "un asteroide y una impresora 3-D". ¿Es la fabricación basada en el espacio una opción razonable ?

¿Qué pasaría si te dijera que no tienes que meterlo en un cohete? Dame un asteroide y una impresora 3-D y te haré una vela tan grande como lo permitan los recursos y la ingeniería estructural.
@ named2voyage Jaja. Supuse que alguien iba a mencionar la fabricación basada en el espacio, aunque tal vez usando métodos diferentes. Editaré la pregunta para ver si puedo eliminar esa laguna.
La fabricación basada en el espacio no es una opción razonable... todavía.
@briligg ¿Se refiere a las conclusiones de un estudio del Consejo Nacional de Investigación recientemente publicado ? Porque ha sido ampliamente criticado por la falta de visión y sugiere que se deben establecer aún más juntas, paneles, foros y similares para "apoyar" los esfuerzos de la NASA en la fabricación aditiva basada en el espacio. Parecen preferir que la NASA solo imprima en 3D más burocracia en el espacio. Y todos sabemos que la burocracia no es una vela solar particularmente buena. No se llega al espacio fondeando en Washington.
Esta pregunta tiene una votación reñida como "principalmente basada en opiniones", es decir, sería difícil encontrar hechos. ¿Podría el votante justificar eso? Parece similar, en principio, a space.stackexchange.com/questions/819/…
@ HDE226868 Puede ser que el votante negativo tenga problemas con la palabra "razonablemente". Sin embargo, no estoy seguro de por qué, en lo que respecta a la pregunta principal. Está bastante claro que estás hablando de los límites de lo que se puede lanzar. Sin embargo, la pregunta sobre si la fabricación basada en el espacio es razonable es un poco más subjetiva, tal como se expresa.
En lo que respecta a mi comentario, tiendo a pensar con cariño en un futuro lejano, más allá de un punto de inflexión donde el espacio es una pérdida económica neta. Escupir sobre por qué la pregunta podría obtener una votación reñida y no ha sido respondida. ¿No depende mucho de qué tan delgado pueda hacer su material? Entonces, ¿no depende en gran medida de su técnica de fabricación y de su presupuesto? ¿Y el montaje de secciones en el espacio? Tal vez esta pregunta adolece de estar tan enfocada en el futuro que es difícil ponerle límites (como mis preguntas también tienden a hacerlo).
Si bien no conozco los límites, puedo ver que habría límites. Cuanto más grande sea su vela, más largos deben ser los cables que conectan la vela a su nave espacial. Esas cuerdas tienen peso. Por lo tanto, cuanto más grande sea su vela, menor será la relación entre el área de la vela y el peso total.
@LorenPechtel, pero ese es un límite teórico, que se ve afectado por el lugar donde se usará la vela: si va a Venus, puede tolerar una proporción más baja que si va a Júpiter.
Para velas solares extremadamente grandes, tendrían que girarse para mantener su forma y, de todos modos, puede traducir su resistencia al cambio de impulso. Así que yo diría que el límite de tamaño estaría definido por la resistencia a la tracción de la tela con sus bordes exteriores constantemente acelerando radialmente con respecto a su centro, es decir, produciendo la llamada fuerza centrífuga. Si bien podría fortalecerse con estructuras de soporte, esto no puede continuar indefinidamente y en un punto se alcanzan los límites materiales o de masa. Entonces, las preguntas son de qué materiales estamos hablando, dónde se implementaría y si tiene que ir a alguna parte.

Respuestas (1)

Esta no es una respuesta completa (realmente no hay una, ya que lo que se considera "razonable" variará según la persona que responda), pero:

Con la tecnología actual, asumiendo que no hicimos la fabricación en el espacio (lo que permitiría velas mucho más delgadas que no requieren plegarse y empaquetarse en un cohete), y sin depender de nada que aún no se haya desarrollado, las velas solares pueden estar hecho de Mylar de 2 µm de espesor, que tiene una densidad de 1,39 g/cc , sin contar la capa extremadamente delgada de aluminio depositada sobre él. Esto da como resultado aproximadamente 360 ​​m^2 por kilogramo. Suponiendo que el propulsor de elevación más pesada para 2015 sea un Falcon Heavy (53 000 kg a LEO), que funciona a 19 km ^ 2, o si lo prefiere, una vela solar circular de unos 4,9 kilómetros de diámetro.

Tenga en cuenta que esto no incluye el peso del aparejo, los sistemas de control, etc. que serían necesarios, solo quería dar una guía aproximada.

Sin embargo, la mejor apuesta para una vela solar en el futuro cercano sería la fabricación basada en el espacio. Según Wikipedia , un ingeniero llamado Eric Drexler ha creado una película de aluminio de 0,1 µm mediante deposición de vapor. La fabricación basada en el espacio (presumiblemente utilizando un asteroide como materia prima) permitiría la construcción de velas solares arbitrariamente grandes.

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