I veicoli spaziali dotati di vele e spinti dal sole non sono più roba da fantascienza o missioni spaziali teoriche. Ora, un ricercatore del Rochester Institute of Technology sta portando la navigazione solare al livello successivo con materiali fotonici avanzati.

I metamateriali, una nuova classe di strutture artificiali con proprietà non convenzionali, potrebbero rappresentare il prossimo balzo tecnologico in avanti per le vele solari, secondo Grover Swartzlander, professore al Chester F. Carlson Center for Imaging Science del RIT. Propone di sostituire le vele metalliche riflettenti con vele metafilm diffrattive. I nuovi materiali potrebbero essere usati per dirigere i fotoni riflessi o trasmessi per il vicino alla Terra, viaggi spaziali interplanetari e interstellari.

"Le pellicole diffrattive possono anche essere progettate per sostituire i sistemi meccanici pesanti e soggetti a guasti con controlli elettro-ottici più leggeri senza parti mobili, " Egli ha detto.

Swartzlander sta conducendo uno studio esplorativo supportato da un finanziamento di fase uno dal programma Innovative Advanced Concepts della NASA. I nove mesi, $ 125, Il premio 000 incoraggia lo sviluppo di una tecnologia visionaria con il potenziale per rivoluzionare la futura esplorazione dello spazio. La Optical Society ospita un incontro incubatore, Pellicole metamateriali per la propulsione nello spazio mediante pressione delle radiazioni, 7-9 ottobre a Washington, DC, creare una tabella di marcia per far avanzare le vele metamateriali su satelliti in orbita bassa sulla Terra chiamati CubeSats. Swartzlander faciliterà l'incontro con i co-organizzatori Les Johnson, direttore dell'ufficio progetti di tecnologia di propulsione nello spazio presso la NASA Marshall Space Flight e investigatore principale della missione NASA Near-Earth Asteroid Scout, o Esploratore NEA; e Nelson Tabirian, presidente di BEAM Co., specializzata in tecnologie e materiali ottici.

"I CubeSat stanno diventando di grande importanza nazionale per la scienza, sicurezza e scopi commerciali, " ha detto Swartzlander. "Il potenziale per aumentare, de-orbitare o mantenere centinaia di CubeSat dalla bassa orbita terrestre sarebbe un punto di svolta riconosciuto che creerebbe entusiasmo e sostegno tra la crescente comunità di studenti di piccoli satelliti, imprenditori e scienziati e ingegneri aerospaziali".

NEA Scout sarà la prima missione scientifica CubeSat con vele attaccate. È uno dei 13 satelliti che condurranno indagini scientifiche e tecnologiche nell'ambito della missione esplorativa-1 della NASA. EM-1 dovrebbe essere lanciato quest'anno sul nuovo razzo Space Launch System. Quando distribuito, La vela in poliimmide rivestita in alluminio di NEA Scout rifletterà la luce solare per spingere la navicella spaziale robotica da ricognizione durante la sua crociera di due anni.

Swartzlander ha affermato che le vele metafilm diffrattive potrebbero correggere i limiti noti delle vele metalliche riflettenti:surriscaldamento, uso inefficiente dei fotoni e inclinazione eccessiva del veicolo spaziale, perché i nuovi materiali possono:

• Assorbimento inferiore:Le superfici diffrattive proposte eliminerebbero i problemi inerenti ai rivestimenti metallici, che riscaldano e compromettono i substrati delle vele;
• Riutilizzo dei fotoni:le vele diffrattive riciclerebbero i fotoni trasmessi, convertendoli in energia solare-elettrica o diffrangendo la luce due volte per un maggiore slancio. (Le vele riflettenti riflettono i fotoni nello spazio o assorbono nel rivestimento metallico); e
• Orientamento migliorato:le vele diffrattive mantengono una posizione più efficiente di fronte al sole, consentendo una propulsione altamente efficiente e la generazione di energia elettrica solare su celle fotovoltaiche incorporate. (Le vele riflettenti funzionano meglio quando la navicella è inclinata. Tuttavia, questo orientamento diminuisce la proiezione dell'energia solare sulla vela.)

"Le vele diffrattive possono anche essere progettate per la propulsione basata su laser, un concetto decennale che ha recentemente attirato un notevole interesse da parte di investitori privati, risultante in un programma chiamato Breakthrough Starshot, "Swartzlander ha detto.

Un leader nel suo campo, Swartzlander ha condotto ricerche pionieristiche sul coronografo a vortice ottico, vortici ottici, solitoni, teoria della coerenza, pinzette ottiche e sollevatore ottico. È caporedattore di Journal of the Optical Society of America B .