¿Sería alguna vez el efecto Yarkovsky más rápido que una vela solar desde una órbita de 1 UA al Sol?

No.

Primero, permítanme presentarles el "propulsor fotónico perfecto alimentado por energía solar", que hace las dos cosas siguientes:

1. Recoge fotones del sol.
2. Envía esos fotones en una dirección arbitraria.

Una vela solar es casi un propulsor fotónico perfecto. Claramente puede hacer 2), ya que el haz reflejado puede brillar en cualquier dirección. Lamentablemente, no puede hacer 1) a la perfección, ya que para lograr 2), debe estar en ángulo alejándose del Sol. El área de la sección transversal escala por$\cos(\theta)$.

Ahora, para la nave espacial Yarkovsky, consideremos una configuración más ideal que una superficie en constante rotación. Después de todo, una nave espacial de este tipo pasa mucho tiempo irradiando calor al espacio en ángulos subóptimos. Si, en cambio, tenemos el control total de la orientación en cualquier momento y aún no podemos vencer a una vela solar, entonces debería quedar claro que el efecto Yarkovsky, necesariamente más ineficiente, sería aún peor.

Condición: Una nave espacial Yarkovsky tan perfecta debe tener una superficie colectora de frente al Sol.

Prueba: inclinar la superficie reduce el área de la sección transversal, lo que solo tendría sentido si la superficie tuviera que duplicarse para realizar la única otra cosa que hace un propulsor fotónico, es decir, enviar fotones. Pero la radiación de calor ocurre en un hemisferio difuso , por lo que una superficie en ángulo sería trivialmente menos eficiente que una vela solar en ángulo en la misma dirección.

Interludio: El momento de un hemisferio difuso de fotones es exactamente la mitad del momento de los mismos fotones que van en la misma dirección.

Entonces, mediante una absorción perfecta y una emisión de eficiencia media, la nave espacial puede tener una eficiencia máxima del 75% con respecto al impulso .

En este punto, nuestra nave espacial Yarkovsky altamente idealizada absorbe una unidad de impulso completamente radial al Sol, y luego puede ganar media unidad de impulso en una dirección arbitraria. Por trigonometría, por lo tanto, no puede impulsarse a más de 30 grados del cenit.

En comparación, una vela solar es muy buena para empujar hasta 30 grados desde el cenit. En ese punto, el área de la sección transversal solo se reduce a$\cos(30°) \approx 0.866$. Esto sigue siendo más alto que la eficiencia teórica de una nave espacial Yarkowsky. Los reflectores perfectos no existen, pero están por encima del 90 % en la práctica, por lo que las velas solares aún ganan.

Y eso es incluso antes de abordar algunos defectos termodinámicos graves de nuestro propulsor idealizado. Por ejemplo, todavía no hemos considerado el área de la superficie de emisión. O el hecho de que no puede estar más caliente que la superficie de absorción. O el hecho de que la propia superficie de absorción esté irradiando radiación de cuerpo negro.

Por supuesto, esto supone que la masa/área para buenos materiales reflectantes y absorbentes no son significativamente diferentes. Dado que podemos fabricar reflectores hasta la delgadez en la que todos los materiales comienzan a volverse transparentes, entonces, en todo caso, los reflectores tienen una ventaja en la ciencia de los materiales.

Como parece estar más interesado en qué tan bien se escala estructuralmente, una vela solar experimenta la misma aceleración en toda el área, mientras que una nave espacial Yarkovsky experimenta una presión de radiación diferencial, lo que requiere cierta integridad estructural del material de construcción. Ambos requerirán estructuras de soporte al adjuntar una carga útil.