Virar una vela solar para aumentar la duración de la aceleración

Debido a que la utilidad de una vela solar disminuye cuanto más se aleja del sol (distancia máxima ~50 AU), cuanto más tiempo puede permanecer más cerca del sol, más tiempo puede acelerar.

¿Es teóricamente posible inclinar una vela solar para crear una órbita heliocéntrica de modo que la duración de la aceleración pueda extenderse a través de una aceleración angular sostenida? O, ¿la presión radial fotónica solo empujará la vela hacia afuera lejos del sol sin importar la orientación de la vela?

Respuestas (2)

Virar correctamente implica navegar contra el viento en ángulo. Esto no es posible en el espacio. No puedes virar como un bote, porque un bote empuja contra el agua con su quilla, dando una velocidad general al viento. No hay ningún medio en el espacio contra el cual la nave espacial pueda empujar, por lo que no se puede hacer virar como un bote.

"para que el tiempo de duración de la aceleración pueda extenderse..."

No. No es posible almacenar energía así. Asumo que estás imaginando que la vela permanece en la misma órbita, volviéndose cada vez más rápida antes de partir repentinamente a gran velocidad. Lamentablemente, sin un medio para empujar contra él, no funciona de esa manera. La forma/tamaño de la órbita y la velocidad orbital están absolutamente vinculadas, no puede cambiar una sin obtener un cambio en la otra. Entonces, la vela solar le da al vehículo una aceleración, y esta aceleración aumenta el tamaño de la órbita. La energía bruta impartida siempre será hacia afuera, ya que el viento siempre sopla hacia afuera.

Es posible desviar esta fuerza hacia el exterior y hacer una "bomba en picado" para acercarse al sol, pero esto te lanza hacia el otro lado, por lo que solo se cambia la forma de la órbita y se hace más excéntrica. Entrar en una órbita totalmente más baja requiere perder velocidad, y la vela no puede hacer eso, ya que siempre se acelera alejándose del sol.

En su pregunta, está proponiendo que esta aceleración hacia el exterior se pueda usar para mantener la nave a una distancia constante, de modo que obtener más de esta aceleración, mantener aún más tiempo, simplemente no funciona.

Agradezco su respuesta y al corregirme por mi mal uso del trabajo 'virar', me refería a algo similar a la desviación angular. Cambié la redacción de mi pregunta para reflejar esto. ¡Muchas gracias!
@solarisra es posible usar la vela para la desviación angular y acercarse a la fuente del viento girando el periápside de la órbita. Sin embargo, esto también aumenta la apoapsis. No es posible entrar en una órbita inferior general, esto requiere reducir la velocidad en la dirección progresiva. No debe aceptar la otra respuesta, es incorrecta.
Entonces, para mantener una órbita solar más baja, la nave espacial no debe exceder la velocidad de escape para ese radio orbital. Cualquier cosa más rápida que la velocidad de escape orbital arrojará la nave lejos del sol a menos que una fuerza opuesta más fuerte actúe sobre ella. Con la velocidad de escape orbital disminuyendo a medida que aumenta la distancia del sol, una fuerza opuesta tendrá que volverse exponencialmente más fuerte a medida que la nave espacial acelera para mantener una órbita estable. Dado que no existiría una fuerza opuesta tan poderosa, es imposible una órbita estable con una aceleración creciente. ¿Es esto correcto?
Me imagino entonces, que a cierta distancia dependiendo del tamaño de la vela, se puede generar más aceleración al moverse linealmente desde el sol (con la vela perpendicular al sol) que en una órbita en espiral (con una vela inclinada) entre el mismo puntos de intersección de la espiral y la línea.

Una vela solar puede encontrarse con la luz del sol en cualquier ángulo, y esa es esencialmente la única forma de operarla porque la presión de la luz es demasiado pequeña para alejarte arbitrariamente. Y al elegir su ángulo de deflexión, podría ir a órbitas más altas o más bajas o cambiar su plano orbital; eventualmente podría ir a cualquier parte del sistema solar.

El mejor método que he visto para el control de actitud está en la vela solar Ikaros de la Agencia Aeroespacial Japonesa. Usaron pantallas LCD en los bordes de la vela para controlar la reflectividad y, por lo tanto, aplicar torques.

https://www.space.com/25800-ikaros-solar-sail.html

Eso no es virar. Y no preguntó sobre el control de actitud, podrías quitar esa parte irrelevante.
Eso es virar como lo definió el OP. Pero tiene razón en que no está virando como lo definiría el diccionario, y he ajustado mi respuesta para reflejar eso. En cuanto al control de actitud, así se hace, y no entiendo por qué se debe evitar el tema. Parece relevante para entender el proceso, además es una técnica muy inteligente, así que la dejé.
Esta respuesta no debe aceptarse. No es posible hacer lo que sugiere esta respuesta. No es posible moverse contra el viento solar (es decir, bajar la órbita).
También. incorrecto que una vela pueda encontrarse con el viento solar en cualquier ángulo. Solo puede encontrarse con el viento dentro de un ángulo de 180 grados, lo que significa que la fuerza resultante siempre está alejada de la fuente del viento.
Si bien es posible ir a cualquier parte del sistema solar con una vela, no es posible llegar a órbitas arbitrarias, especialmente a las más bajas.
Después de más investigaciones, descubrí que el empuje se puede vectorizar dependiendo de la actitud y el albedo de la vela. Sin embargo, no se puede mantener una órbita estable con una aceleración constante.
Las velas solares funcionan con presión ligera, no con viento solar. La aceleración máxima de una vela solar a 1 UA es de alrededor de 1,5 mm/s^2, mientras que la aceleración gravitatoria es de alrededor de 6 mm/s^2, cuatro veces mayor. Tanto la intensidad de la luz como la gravedad caen con el inverso del cuadrado de la distancia, por lo que esa relación se mantiene en todo el sistema solar. Eso significa que una vela solar inicialmente en reposo caerá hacia el sol; ciertamente no volaría como una cometa. Alcanzarías una órbita más baja reflejando la luz en la dirección de tu órbita, disminuyendo la velocidad y permitiéndote caer.
Virar una vela solar para aumentar la duración de la aceleración
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