Vele solare, testate cu succes în spațiu de Universitatea Cornell

Imaginați-vă o navă spațială care nu are nevoie de combustibil pentru a-și accelera deplasarea, ci folosește presiunea exercitată de lumină asupra unei suprafețe reflectorizante. Ideea pare desprinsă din literatura science-fiction, dar principiul fizic din spatele ei este cunoscut de mult timp, iar cercetătorii încearcă acum să îl transforme într-o tehnologie funcțională.

Velele solare reprezintă una dintre cele mai interesante direcții de dezvoltare a propulsiei spațiale. Spre deosebire de rachetele convenționale, care transportă combustibil și îl expulzează pentru a genera forță, aceste sisteme folosesc impulsul fotonilor pentru a împinge o membrană extrem de subțire și ușoară.

Un experiment realizat de cercetătorii de la Universitatea Cornell demonstrează că unele dintre componentele esențiale ale acestei tehnologii pot funcționa în condiții reale de zbor orbital. Două proiecte experimentale au implicat desfășurarea unor vele solare miniaturale și testarea unor sisteme electronice și mecanice destinate viitoarelor nave spațiale de mici dimensiuni.

Rezultatele, prezentate de Universe Today la 28 septembrie 2026, contribuie la dezvoltarea unor tehnologii care ar putea schimba modul în care explorăm Sistemul Solar și, eventual, spațiul interstelar.

O navă spațială cât o cutie de pantofi și o velă care se deschide asemenea unui origami

Proiectul Alpha CubeSat a fost dezvoltat în cadrul Space Systems Design Studio (SSDS), laboratorul Universității Cornell dedicat proiectării sistemelor spațiale. Particularitatea sa este dimensiunea extrem de redusă a componentelor și utilizarea unei vele care se poate desprinde complet de satelitul care o transportă. Spre deosebire de velele solare convenționale, care sunt integrate într-o structură relativ complexă, sistemul Cornell utilizează o membrană reflectorizantă pliabilă, însoțită de mici dispozitive electronice numite ChipSats.

Vela are aproximativ 57 × 57 de centimetri și este construită pentru a se plia compact în interiorul unui CubeSat, un tip standardizat de nanosatelit. După lansare și atingerea orbitei, mecanismul eliberează membrana, care devine un vehicul spațial independent.

ChipSat-urile, dispozitive de ordinul gramelor, asigură funcții esențiale precum comunicațiile și transmiterea datelor de navigație. În acest fel, cercetătorii încearcă să reducă semnificativ masa și costurile necesare construirii unor viitoare sonde spațiale.

O altă particularitate este utilizarea unei suprafețe retroreflectorizante, concepută pentru a reflecta lumina înapoi în direcția din care a venit. Este o configurație diferită de cea a velelor solare convenționale și prezintă interes pentru dezvoltarea unor viitoare sisteme de propulsie cu fascicule laser.

Două experimente, aceeași provocare tehnologică

Studiul a inclus două experimente complementare: Alpha CubeSat și Sailing to the Stars. Primul a urmărit desfășurarea unei vele solare independente în orbita joasă a Pământului. Al doilea a testat mecanismele de desfășurare ale unor vele miniaturale în mediul de microgravitație de la bordul Stației Spațiale Internaționale (ISS).

Ambele proiecte au ajuns pe orbită în 2025, prin misiuni de transport către stația spațială. Experimentul Sailing to the Stars a inclus șase vele și două variante de mecanisme de desfășurare.

Un aspect deosebit de interesant este că unele dintre aceste mecanisme au fost realizate folosind componente imprimate 3D, organizate într-un sistem modular asemănător pieselor LEGO. Pentru stabilizarea rotației au fost adaptate componente provenite din hard diskuri de laptop, iar comenzile au fost transmise folosind telecomenzi obișnuite.

În timpul experimentului, astronauții au înregistrat imagini video și date de la senzori inerțiali, care permit cercetătorilor să urmărească mișcarea și stabilitatea velelor în momentul desfășurării. Aceste observații sunt importante deoarece o velă care nu se deschide complet, se rotește necontrolat sau capătă o orientare nepotrivită poate compromite funcționarea întregului sistem.

Testele au oferit informații pentru îmbunătățirea mecanismelor de eliberare și pentru proiectarea viitoarelor misiuni cu vele solare.

O premieră pentru comunicațiile sateliților de dimensiuni foarte mici

Succesul experimentului nu se rezumă la desfășurarea membranei reflectorizante. Alpha CubeSat a demonstrat și funcționarea unor tehnologii complementare, care ar putea avea aplicații importante în dezvoltarea sateliților miniaturali.

Una dintre realizările raportate a fost transmiterea unor pachete complete de date de la un vehicul spațial de dimensiuni atât de mici către stațiile de la sol, o premieră pentru această categorie de platforme, potrivit echipei de cercetare.

Satelitul a testat și un algoritm de stabilizare a rotației bazat exclusiv pe magnetocuplori, dispozitive care generează un câmp magnetic și interacționează cu câmpul magnetic terestru pentru a controla orientarea vehiculului.

Printre celelalte tehnologii testate s-au numărat un sistem electronic complet pentru controlul velelor, un modem Iridium destinat comunicațiilor prin rețele de sateliți, o structură realizată integral prin imprimare 3D și plăcuțe cu imagini holografice, concepute ca mesaje simbolice ale vieții de pe Pământ.

Experimentul a demonstrat că un satelit de dimensiuni foarte mici poate integra funcții care, în mod obișnuit, necesită sisteme mai voluminoase și mai complexe. Alpha CubeSat și-a încheiat misiunea după ce a reintrat în atmosfera terestră și a ars, însă datele obținute au confirmat îndeplinirea obiectivelor principale ale proiectului.

De la orbita Pământului la călătoria către alte stele

De ce sunt atât de importante aceste experimente pentru explorarea spațiului îndepărtat? Răspunsul se află în limitele propulsiei convenționale. Chiar și cele mai rapide sonde construite până acum ar avea nevoie de mii sau zeci de mii de ani pentru a ajunge la cele mai apropiate sisteme stelare, dacă ar urma traiectorii și viteze comparabile cu cele actuale.

Velele solare propun o abordare diferită. În loc să transporte cantități mari de combustibil, o navă ar putea utiliza presiunea fotonilor proveniți de la Soare sau, în cazul unor concepte avansate, de la fascicule laser foarte puternice. Presiunea luminii este extrem de mică, dar acționează continuu. În spațiu, unde rezistența mediului este aproape inexistentă, această forță poate accelera treptat o navă cu masă foarte redusă.

Un exemplu celebru este Breakthrough Starshot – un concept care urmărește dezvoltarea unor sonde miniaturale propulsate de lasere, cu obiectivul teoretic de a atinge o fracțiune semnificativă din viteza luminii și de a ajunge la Alpha Centauri în aproximativ 20 de ani. Alte concepte, precum Project Lyra, explorează posibilitatea utilizării unor tehnologii avansate de propulsie pentru interceptarea obiectelor interstelare care traversează Sistemul Solar.

Experimentele de  la Cornell nu demonstrează încă propulsia cu laser și nici capacitatea de a trimite o sondă către o altă stea. Ele rezolvă însă unele probleme fundamentale care trebuie depășite înainte ca asemenea misiuni să devină realizabile: desfășurarea unor structuri ușoare, controlul orientării, comunicațiile și funcționarea autonomă a unor dispozitive de dimensiuni foarte mici.

Vele solare, un pas concret către o nouă generație de nave spațiale

Ceea ce face aceste experimente deosebit de interesante este faptul că au fost concepute, construite și testate în mare parte de studenți, în cadrul unui program universitar. Proiectul Alpha a pornit de la o idee propusă în cadrul unei competiții de proiectare a sateliților, organizată de Museum of Science Fiction, și a evoluat într-o misiune spațială desfășurată pe parcursul unui deceniu.

Rezultatele obținute arată că dezvoltarea tehnologiilor spațiale nu mai este rezervată exclusiv marilor agenții sau companiilor cu bugete foarte mari. Miniaturizarea componentelor, imprimarea 3D și utilizarea unor sisteme de comunicații accesibile deschid noi posibilități pentru echipe universitare și proiecte cu finanțare limitată.

Mai important, aceste experimente demonstrează că o velă solară poate fi proiectată pentru a se desprinde complet de vehiculul care o transportă, devenind o platformă independentă.

Drumul către explorarea interstelară rămâne lung. Sunt necesare progrese majore în materiale, sisteme de ghidare, propulsie laser și protecția echipamentelor împotriva mediului spațial. Totuși, fiecare demonstrație tehnologică reușită transformă o parte din ceea ce părea cândva science-fiction într-o posibilitate inginerească verificabilă.

Iar într-o zi, primele sonde trimise către stelele apropiate ar putea fi urmașele acestor mici vele care au învățat să navigheze în jurul Pământului.