¿Se puede virar contra el sol usando una vela solar?

No, porque no hay nada como el agua para que una quilla trabaje contra ella.

En la navegación acuática existen dos vectores de fuerza , el vector de la reacción del viento contra la vela, y el vector de la quilla y el timón contra el agua. Estos vectores se suman para impulsar el velero. Esto funciona para casi cualquier dirección en la brújula excepto de donde viene el viento, o alrededor de 45 grados a cada lado. "Latir cerca del viento", como menciona @geoffc, es viajar contra ese límite. "Viar" es zigzaguear: ir durante un tiempo a 45 grados en el sentido de las agujas del reloj y luego a 45 grados en el sentido contrario a las agujas del reloj. Trabajando su camino contra el viento.

En la navegación solar solo hay un vector de fuerza , porque solo hay un medio, los fotones solares, como menciona @Craig. Con un vector, los límites de dirección se vuelven más de 90 grados a cada lado del lugar de donde proviene la luz solar. Así que nada de zigzaguear, nada de zigzaguear, usar nada como virar.

Ahora, tal vez la gravedad se pueda usar como otro vector a través de la mecánica orbital como mencionan @Pearson y @SF, y tal vez algún día esto se llame "viraje", pero la física es completamente diferente a una quilla a través del agua.

ACTUALIZACIÓN, edición del 23 de septiembre de 2017 de The Economist, p. 73 :

De alguna manera, una vela electrónica [hecha de cuerdas de 20 km de largo con una carga positiva que repele las partículas del viento solar] se asemeja a una vela solar, una idea rival para impulsar naves a bajo costo a través del espacio. Una vela solar proporciona propulsión porque la luz del sol que refleja ejerce presión sobre la vela, empujándola hacia adelante. Pero las velas eléctricas tienen una ventaja importante sobre las velas solares. Una vez desplegado, no hay manera fácil de detener una embarcación con una vela solar que aumenta la velocidad. Se puede evitar que una nave propulsada por E-sail acelere simplemente apagando su cañón de electrones. Esto significa que puede regresar a la Tierra bajo la influencia de la gravedad del sol.

No puede impulsar directamente la vela solar hacia el sol.

Una "vela" solar es básicamente un espejo. La analogía del viento y las velas en los barcos no es útil para entender cómo funcionan las velas solares.

Cada fotón del sol que incide sobre la vela se refleja. Cada fotón imparte una pequeña cantidad de impulso. Si la vela apunta directamente al sol, entonces se agrega el doble del impulso del fotón a la vela. Si inclina la vela, entonces está enviando cada fotón en una dirección que no es directamente hacia el sol; Eso te da una fuerza neta a un lado. Entonces puedes controlar el vector de la fuerza total de los fotones reflejados, pero la dirección neta siempre es más de 90 grados del sol. A medida que el espejo se acerca de canto al sol, el vector de fuerza neta se acercaría a 90 grados del sol y caería a magnitud cero.

(Tenga en cuenta que la presión de los fotones del sol se aplica a cualquier cosa. No tiene que ser una vela diseñada. La mecánica orbital actualmente tiene en cuenta la "presión ligera" para determinaciones precisas de las órbitas de las naves espaciales).

Puedes alterar tu órbita usando una vela solar.

Puede usar el impulso de la vela solar para alterar la excentricidad orbital para acercar una parte de la órbita al sol, etc.

Si quieres ir directamente hacia el sol desde la tierra, no necesitas una fuerza que te empuje directamente hacia el sol. Necesitas una fuerza que empuje contra tu dirección orbital normal. Eso disminuye tu momento angular con respecto al sol, y luego caes hacia el sol debido a la gravedad.

Esto es en realidad algo más fácil de lo que piensas. En el mundo de Orbital Dynamics, solo tienes que acelerar o desacelerar tu órbita para acercarte o alejarte del objeto que estás orbitando. Entonces, todo lo que tienes que hacer es crear un impulso neto que empuje para disminuir tu velocidad orbital.

Sin embargo, una gran parte de lo que hace que virar funcione es el hecho de que estás forzando al agua a actuar como un medio de fricción contra el viento, en esencia, haciendo que te frene.

No soy un experto en tal movimiento, pero creo que una configuración como la siguiente funcionaría, asegurando que la flecha sea la dirección del movimiento orbital, y la vela sea el elemento similar a una T. La dirección podría estar desviada 90 grados para que esto suceda, y es posible que no funcione muy cerca del sol, pero al menos debería llevarte en la dirección correcta.

^{Fuente: Ben Diedrich a través de SolarSailWiki , CC BY-SA 3.0}

De hecho, esto ya lo ha hecho una sonda japonesa llamada Ikaros . Navegó utilizando el sol hasta Venus, desde la órbita terrestre, y así demostró que esto es posible.

Si bien no puede hacer trucos comunes para velas normales debido a la falta de agua para evitar que la quilla se desplace hacia los lados y normalmente permite que el barco navegue contra el viento, aún puede extraer fuerza diagonal al radio del sol (el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión; la fuerza resultante es perpendicular a la superficie), dirigida fuera del sistema solar.

Ahora, esto no te permitiría viajar hacia adentro, excepto... - puedes aplicar dicha fuerza con el componente lateral dirigido contra tu vector de velocidad orbital. De esa manera, a pesar de que el componente paralelo lo empuja hacia afuera, contra la gravedad del Sol, su velocidad orbital y la fuerza centrífuga resultante disminuyen; y mientras que el componente hacia afuera del empuje de la vela solar es solo momentáneo, la pérdida de velocidad orbital se acumula y conduce a una reducción continua de su radio orbital.

En otras palabras: la vela solar te permite cambiar la velocidad orbital. La gravedad del Sol puede hacerte viajar hacia el Sol, dependiendo de dicha velocidad.

En la navegación, la virada se utiliza para navegar lo más cerca posible del viento (obviamente, no directamente hacia él, aunque el barco de la Copa América de ala dura podría haberlo hecho) mientras se genera sustentación en la vela. Para embarcaciones normales, esto significa, en el mejor de los casos, un ángulo de 25 a 30 grados respecto al viento. Por lo tanto, navega en un patrón de zigzag y necesita virar, de lo contrario se desvía del rumbo.

Las velas de viento no funcionan por la presión del viento, empujándolas, excepto en situaciones de viento recto o en velas cuadradas más antiguas que se ven en las películas sobre piratas, etc.

Las velas modernas tienen curvatura y loft y funcionan como alas verticales, generando sustentación a partir del diferencial de presión creado por el flujo de aire a diferentes velocidades sobre los dos lados del ala.

Las velas solares no tienen esa capacidad, ya que los fotones no actúan como moléculas de aire en una atmósfera. Por lo tanto, necesitan navegar, por así decirlo, en línea recta 'a favor del viento'.

Sí. Usando el gradiente de gravedad de los planetas cercanos y el Sol. La vela no se está alejando del Sol. También está en órbita alrededor del sol, ya que se mueve, todo lo que la vela tendría que hacer es un cuerpo grande o inclinar la presión de la radiación en la dirección del viaje para reducir su velocidad hacia donde la gravedad del Sol la atrae.

De acuerdo, los defensores de Delta: la velocidad orbital ( velocidad orbital cambiante ) es una respuesta satisfactoria al "ataque solar" y no consideran algo muy importante: tratar de organizar un arco orbital desde un cuerpo solar exterior a uno interior no es el problema... es el tiempo que podría tomar esa ruta de viaje. Un enfoque orbital frente a uno más directo no es satisfactorio para los seres vivos que podrían no desear pasar años en tránsito cuando meros meses serían mucho más deseables. Cuanto más largo es un viaje de este tipo para los seres vivos, más cruciales son las cosas como el soporte vital, el reciclaje y la recuperación, y los alimentos y el agua, más espacio y peso son importantes, y los márgenes de error se vuelven más estrechos.

Hablar de la posibilidad de "ataque solar" no se trata solo de si se puede hacer, se trata de si es factible o no es práctico . Es como el viejo adagio: el hecho de que puedas hacer algo no significa que debas hacerlo .