Accelerazione progressiva con una piccola spintaIl più grande ostacolo nel volo spaziale è la prima tappa: alzarsi da terra in un'orbita stabile al di sopra della densa atmosfera. Sia che si tratti di un razzo, di un cannone o di un veicolo a propulsione nucleare, questa prima tappa è la più difficile, e richiede un dispendio concentrato di energia e di massa di propellente. L'orbita iniziale è in genere la più bassa possibile, quella che richiede la spinta meno potente. Però la mèta finale potrebbe essere un'orbita più alta, la Luna, un pianeta o una cometa, o addirittura un oggetto al di fuori del Sistema Solare. La spinta necessaria per raggiungere l'orbita finale da quella iniziale non deve necessariamente essere fornita con un singolo potente colpo: può funzionare anche un'accelerazione progressiva, e ciò apre la strada ad altri, più efficienti metodi di propulsione. La vela solare
Uno di questi metodi è la vela solare, basata sulla pressione di radiazione della luce del Sole. Tale pressione (insieme alla pressione del vento solare) è quella che fa sì che la coda di una cometa sia orientata sempre in direzione opposta al Sole, non soltanto quando la cometa si avvicina al Sole e la sua coda le sta dietro, ma anche dopo che la cometa ha superato il Sole e ne ne allontana, quando la sua coda si allunga davanti alla cometa stessa. La vela solare usa la pressione di radiazione allo stesso modo di come le barche a vela usano il vento. Potrebbe consistere di un grande foglio di materiale riflettente (come la pellicola di mylar che si usa per evitare il surricaldamento dei veicoli spaziali) tenuto teso da una intelaiatura che trasmette la pressione al veicolo. Sono stati proposti vari progetti realizzativi. È molto importante che il foglio sia riflettente come uno specchio. Rinviando tutta la luce all'indietro, si raddoppia (quasi) la pressione, quando la vela è orientata proprio di fronte al Sole. Ma, più importante ancora, la vela può essere inclinata di un certo angolo rispetto ai raggi del Sole, e rifletterli quindi in una certa direzione, cioè nella direzione opposta a quella in cui si vuole far muovere l'astronave, e in questo modo la velocità del veicolo aumenterà progressivamente. Quando la vela è orientata esattamente di faccia al Sole, la pressione della luce si contrappone all'attrazione solare e permette a un satellite di spostarsi su un'orbita leggermente più ampia. D'altronde, orientando la vela di un certo angolo, si può far sì che il veicolo spaziale si muova su una spirale che si allarga, e questo tipo di traiettoria è molto utile nelle missioni interplanetarie. Una vela solare può anche essere molto utile per un veicolo spaziale di sorveglianza, collocato per avvertirci dell'arrivo di "tempeste" solari, a una distanza dalla Terra maggiore di quella del punto lagrangiano L1, dove normalmente vengono situati tali veicoli spaziali (per maggiori dettagli ved. qui). In generale, ci si aspetta che le vele solari siano utilizzabili dove la luce solare è sufficientemente intensa, per esempio all'interno dell'orbita di Marte. Tuttavia Robert Forward, scrittore di fantascienza e fisico, ha proposto l'uso di una vela solare per i viaggi verso le stelle lontane. Nel suo racconto "Flight of the Dragonfly" (Il volo della libellula), un gruppo di coraggiosi astronauti partono per Roche, uno strano pianeta doppio, per metà ricoperto dalle acque, abitato da creature intelligenti simili alle balene. L'astronave usa come mezzo di propulsione una enorme vela solare, spinta da sottili e intensi raggi luminosi emessi da laser, alimentati dalla radiazione solare e in orbita attorno al Sole. Quando l'astronave si approssima al suo obiettivo, una parte della vela viene tagliata. I raggi laser allora vanno oltre l'astronave, e quando questi raggi sono riflessi all'indietro colpiscono la parte restante della vela solare dalla direzione opposta, rallentando il veicolo e consentendo ai passeggeri di atterrare. Non occorre dire che una tale idea è troppo fantasiosa per essere presa sul serio dagli scienziati! Nell'appendice tecnica del libro, Forward presenta i dettagli tecnici della sua fantasia. Ulteriori approfondimenti:La pagina iniziale di un sito sulle vele solari.Immagine di una vela solare, con collegamenti ad altri siti. Un sito Web sulla situazione attuale (2004) degli studi sulle vele solari. Altre notizie sulla vela di Robert Forward spinta dai laser si trovano in "The Starflight Handbook", Il manuale di astronautica, (dal sottotitolo: "A Pioneer's Guide to Interstellar Travel", Una guida per i pionieri dei viaggi interstellari), di Eugene F. Mallove e Gregory L. Matloff, John Wiley & Sons, 1989. Arthur Clarke scrisse nel 1963 la novella di fantascienza "The Wind from the Sun" (Il vento dal Sole) a proposito di una gara internazionale, ambientata in un lontano futuro, tra astronavi spinte da vele solari. Si trova in una raccolta di racconti di A. Clarke, dallo stesso titolo "The Wind from the Sun", pubblicata nel 1972 da Harcourt, Brace e Jovanovich, Inc. Olivier Boisard ha realizzato una versione illustrata di quel racconto, disponibile sul Web all'indirizzo http://www.ec-lille.fr/~u3p/bd/bda.html.
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