b"\n_START_ARTICLE_\nVela solare\n_START_PARAGRAPH_\nLe vele solari (chiamate anche vele fotoniche o vele aeree, specialmente quando utilizzano sorgenti di luce diverse dal Sole) sono una forma di propulsione spaziale che sfrutta la pressione di radiazione._NEWLINE_Alla distanza della Terra dal Sole la pressione di radiazione \xc3\xa8 pari a 4,563\xc2\xa0\xc3\x97\xc2\xa010\xe2\x81\xbb\xe2\x81\xb6\xc2\xa0Pa e decresce con il quadrato della distanza dalla sorgente di luce. Anche se la spinta \xc3\xa8 piccola, essa continuer\xc3\xa0 finch\xc3\xa9 la sorgente luminosa splende e la vela \xc3\xa8 dispiegata._NEWLINE_Il meccanismo della vela solare viene utilizzato occasionalmente in combinazione con i sistemi di propulsione ordinari per le sonde e i satelliti. Ci\xc3\xb2 consente di risparmiare del carburante che altrimenti sarebbe destinato per le correzioni dell'assetto e le modificazioni dell'orbita. Per esempio il satellite geostazionario per le telecomunicazioni Eurostar E3000 della EADS Astrium usa dei pannelli di vele solari attaccati alle celle fotovoltaiche per scaricare il momento angolare trasversale, risparmiando cos\xc3\xac carburante. Alcune missioni senza equipaggio (come la Mariner 10) hanno sostanzialmente esteso la loro durata grazie a queste pratiche._NEWLINE_La scienza delle vele solari \xc3\xa8 ben provata ma la tecnologia per gestire grandi vele solari \xc3\xa8 ancora sottosviluppata.  Questa trascuratezza ha ispirato alcuni tentativi di privati di sviluppare questa tecnologia, come nel caso di Cosmos 1._NEWLINE_Il concetto di vela solare venne proposto per la prima volta dall'astronomo tedesco Johannes Kepler nel diciassettesimo secolo. Venne riproposto da Fridrich Cander alla fine degli anni venti e gradualmente raffinato nei decenni successivi. Recenti interessi seri nelle vele solari iniziarono con un articolo dell'ingegnere e scrittore di fantascienza Robert L. Forward nel 1984._NEWLINE_Nel maggio del 2010 \xc3\xa8 stata lanciata la sonda giapponese IKAROS, la prima in assoluto ad aver usato con successo una vela solare come sistema di propulsione, che l'ha portata fino a Venere.\n_START_SECTION_\nFunzionamento\n_START_PARAGRAPH_\nIl veicolo spaziale dispiega una grande pellicola riflettente (specchio membranoso) che riflette la luce del Sole o di qualche altra sorgente. La pressione di radiazione sullo specchio genera una minuscola quantit\xc3\xa0 di moto dovuta ai fotoni riflessi. Inclinando la vela con un certo angolo rispetto al Sole si determinano i cambiamenti di direzione del veicolo spaziale. Nella maggior parte dei progetti lo sterzo viene realizzato con delle pale ausiliarie che agiscono come piccole vele solari per cambiare l'assetto della vela grande. L'inclinazione delle pale pu\xc3\xb2 essere modificata grazie a motori elettrici._NEWLINE_In teoria una vela solare guidata da un laser o da altri fasci di luce dalla Terra pu\xc3\xb2 essere impiegata per decelerare una sonda quando questa si avvicina a una stella distante o a un pianeta. Ci\xc3\xb2 pu\xc3\xb2 essere fatto distaccando parte della vela e usando quest'ultima per focalizzare il fascio sulla superficie della parte rimanente. In pratica tuttavia la maggiore decelerazione avverrebbe mentre le due parti si trovano a grande distanza l'una dall'altra e ci\xc3\xb2 significa che per focalizzare correttamente il fascio bisognerebbe dare alla parte distaccata una corretta forma e un corretto orientamento._NEWLINE_Le missioni migliori per una vela solare sono quelle che implicano un tuffo vicino al Sole, dove la luce \xc3\xa8 intensa e l'efficienza della vela \xc3\xa8 alta._NEWLINE_Una caratteristica della propulsione a vela solare che era insospettabile fino a met\xc3\xa0 degli anni novanta \xc3\xa8 la possibilit\xc3\xa0 di inviare una sonda in fuga dal sistema solare con una velocit\xc3\xa0 anche molto pi\xc3\xb9 alta di quella di un razzo tradizionale. Il rapporto tra la massa della vela e la sua area non necessita di ottenere valori estremamente bassi, anche se dovrebbe essere completamente in metallo. Questa tipologia di vela \xc3\xa8 stata presa in considerazione come una delle opzioni per una futura sonda che potrebbe venir inviata ad esplorare lo spazio oltre l'eliosfera._NEWLINE_Studi pi\xc3\xb9 teorici su missioni interstellari con vele solari pianificano di spingere la vela tramite un gigantesco sistema laser.\n_START_SECTION_\nLimitazioni e incomprensioni\n_START_PARAGRAPH_\nLe vele solari non sono molto efficaci nelle orbite terrestri basse (sotto gli 800\xc2\xa0km di altitudine) a causa dell'attrito con l'aria. Sopra quell'altitudine forniscono accelerazioni molto piccole che impiegano mesi per far raggiungere al mezzo una velocit\xc3\xa0 utile. Le vele devono essere molto larghe e il carico utile in genere piccolo. Il dispiegamento delle vele rappresenta anch'esso una sfida._NEWLINE_Le vele solari devono essere rivolte verso il Sole per decelerare e quindi, nei viaggi lontano dal Sole, devono provvedere a girarsi dietro il pianeta pi\xc3\xb9 esterno e decelerare quindi alla luce del Sole._NEWLINE_Erroneamente si pensa che le vele solari non possano andare verso le loro sorgenti di luce e anche che acquisiscano la loro energia principalmente dal vento solare. Queste particelle cariche ad alta velocit\xc3\xa0 emesse dal Sole impartiscono una piccola quantit\xc3\xa0 di moto sulla vela ma questo effetto \xc3\xa8 circa 5000 volte pi\xc3\xb9 piccolo rispetto alla pressione di radiazione dovuta alla luce riflessa dalla vela. Il vento solare potrebbe essere impiegato da un altro tipo di vela, la vela magnetica._NEWLINE_Thomas Gold, della Cornell University, in un dibattito pubblico nella primavera del 2003, sostenne che le vele solari non avrebbero potuto funzionare in quanto lo scambio di inerzia dato dalla riflessione dei fotoni violava la regola termodinamica di Carnot. Il problema secondo Gold era che per la regola di Carnot deve avvenire una degradazione di energia affinch\xc3\xa9 in qualunque macchina ci sia un ritorno di energia, cosa che non avviene in uno specchio perfetto._NEWLINE__NEWLINE_Questa critica \xc3\xa8 stata rifiutata da Benjamin Dierich, che ha sostenuto la non applicabilit\xc3\xa0 della regola di Carnot a un sistema aperto e anche da James Oberg, il quale ha precisato che la pressione di radiazione \xc3\xa8 stata calcolata con successo per tutti i grandi veicoli spaziali._NEWLINE_Un modo per vedere che la conservazione di energia non rappresenta un problema \xc3\xa8 notare che quando un fotone viene riflesso da una vela solare subisce uno spostamento Doppler: la sua lunghezza d'onda cresce (diminuendo la sua energia) di un fattore che dipende dalla velocit\xc3\xa0 della vela, trasferendo energia alla vela.\n_START_SECTION_\nMateriali per le vele\n_START_PARAGRAPH_\nIl miglior materiale noto si pensa sia una sottile maglia di alluminio con dei fori pi\xc3\xb9 piccoli di met\xc3\xa0 della lunghezza d'onda della maggior parte della luce. Anche se sono stati creati dei campioni, questo materiale \xc3\xa8 troppo fragile per essere arrotolato o svolto con le tecnologie conosciute._NEWLINE_Il pi\xc3\xb9 comune materiale usato per i progetti correnti \xc3\xa8 una pellicola alluminata di Kapton di 2\xc2\xa0\xc2\xb5m. Essa resiste al calore di un passaggio vicino al Sole rimanendo ancora ragionevolmente dura. Lo strato riflettente in alluminio \xc3\xa8 posto sul lato rivolto verso il Sole. Le vele della Cosmos 1 erano fatte di una pellicola in PET ricoperta di alluminio._NEWLINE_Una ricerca diretta da Geoffrey A. Landis nel 1998-99, finanziata dal NASA Institute for Advanced Concepts, mostr\xc3\xb2 che vari materiali come l'ossido di alluminio per le vele fotoniche a laser e la fibra di carbonio per le vele fotoniche a microonde erano un materiale migliore per le vele rispetto alle pellicole standard in Kapton o in alluminio._NEWLINE_Nel 2000 gli Energy Science Laboratories svilupparono un nuovo materiale in fibra di carbonio che poteva essere utile per le vele solari._NEWLINE_Il materiale \xc3\xa8 oltre 200 volte pi\xc3\xb9 spesso rispetto alle vele solari convenzionali progettate, ma \xc3\xa8 cos\xc3\xac poroso che esso ha lo stesso peso. La rigidit\xc3\xa0 e la durata di questo materiale lo rendono significativamente pi\xc3\xb9 robusto delle pellicole in plastica progettate per le vele solari. Il materiale pu\xc3\xb2 dispiegarsi da solo e dovrebbe sopportare temperature pi\xc3\xb9 alte._NEWLINE_Sono state fatte anche alcune speculazioni teoriche sull'uso di nanotecnologie per fabbricare molecole di materiali pi\xc3\xb9 forti e dalle caratteristiche perfette per formare vele fotoniche basati su maglie di nanotubi, nelle quali la separazione tra le fibre \xc3\xa8 inferiori a met\xc3\xa0 della lunghezza d'onda della luce che spinge la vela. Anche se questi materiali possono essere prodotti solo in laboratorio e non in scala industriale, possono pesare meno di 0,1 g/m\xc2\xb2 rendendoli almeno 30 volte pi\xc3\xb9 leggeri di qualunque altro materiale progettato per le vele._NEWLINE_Per comparazione, vele in Mylar spesse 5\xc2\xa0\xc2\xb5m pesano 7 g/m\xc2\xb2, le pellicole alluminate di Kapton pesano 12 g/m\xc2\xb2, mentre i materiali in fibra di carbonio testate dai Energy Science Laboratories pesano 3 g/m\xc2\xb2.\n_START_SECTION_\nProgetti per le vele\n_START_PARAGRAPH_\nIl progetto con il pi\xc3\xb9 alto rapporto spinta/massa \xc3\xa8 stato sviluppato teoricamente da Kim Eric Drexler. Ha progettato una vela che utilizza pannelli di una sottile pellicola di alluminio (spessa tra i 30 e i 100 nanometri) sostenuta da una struttura puramente elastica. Essa ruota e dovrebbe subire continuamente una leggera spinta. Drexler ha creato e manipolato campioni della pellicola in laboratorio ma il materiale \xc3\xa8 troppo delicato per sopravvivere alla piega, al lancio e al dispiegamento, quindi il progetto ha fatto affidamento a pannelli di pellicola uniti tramite una struttura elastica. Le vele di questo tipo possono offrire accelerazioni pi\xc3\xb9 alte rispetto alle vele basate su pellicole plastiche dispiegabili._NEWLINE_Il progetto con il pi\xc3\xb9 alto rapporto spinta/massa per strutture dispiegabili assemblate a terra sono vele quadrate con l'albero e il tirante posti sul lato non illuminato della vela. Generalmente ci sono quattro alberi che partono dagli angoli della vela e un albero centrale per fissare i fili di guida._NEWLINE_Uno dei pi\xc3\xb9 grandi vantaggi \xc3\xa8 che non ci sono punti caldi dovuti alla formazione di pieghe durante la manipolazione e la vela protegge la struttura dalla luce solare. Questa forma pu\xc3\xb2 quindi andare piuttosto vicino al Sole, dove si trova la massima spinta. I controlli potrebbero essere eseguiti probabilmente utilizzando piccole vele aggiuntive._NEWLINE_Negli anni settanta il JPL effettu\xc3\xb2 studi estensivi su pale rotanti e anelli di vele rotanti per una missione di avvicinamento alla cometa di Halley. L'idea era che strutture di questo tipo avrebbero dovuto esser irrigidite dal loro momento angolare, eliminando quindi la necessit\xc3\xa0 di montanti e salvando massa. Sorprendentemente, in tutti i casi era necessario un grande ammontare di tensione per far fronte ai carichi dinamici. Le vele pi\xc3\xb9 deboli potrebbero incresparsi od oscillare quando l'assetto della vela viene modificato e le oscillazioni potrebbero portare al cedimento strutturale. La differenza nel rapporto spinta/massa era quasi nullo e i progetti statici erano pi\xc3\xb9 facili da controllare._NEWLINE_Il progetto di riferimento del JPL venne chiamato \xe2\x80\x9cheliogyro\xe2\x80\x9d e aveva pale di una pellicola plastica che venivano dispiegate e in seguito allungate dalle forze centripete come esso rutoava. L'altitudine e la direzione del veicolo spaziale erano completamente controllate dalle modificazioni dell'angolo delle pale in varie vie, in modo simile a ci\xc3\xb2 che accade in un elicottero. Anche se il progetto non ha un vantaggio sulla massa rispetto a una vela quadrata esso rimane attrattivo poich\xc3\xa9 il metodo di dispiegamento della vela \xc3\xa8 pi\xc3\xb9 semplice rispetto ai progetti basati su montanti._NEWLINE_IL JPL ha studiato anche \xe2\x80\x9cvele ad anello\xe2\x80\x9d, pannelli attaccati al bordo di un veicolo spaziale rotante. I pannelli avrebbero delle piccole aperture su circa il 5% dell'area totale. Dei fili collegherebbero il bordo di una vela alle altre. I pesi a met\xc3\xa0 di questi fili spingerebbero le vele a tendersi contro la forma a cono causata dalla pressione di radiazione._NEWLINE_Una vela solare potrebbe avere inoltre la duplice funzione di antenna ad alto guadagno."