Come una vela solare può raggiungere l'asteroide 2024 YR4 prima del 2032?

Nel dicembre 2024 è stato scoperto l’asteroide 2024 YR4, per un breve periodo classificato come Torino Scale 3, ma poi ritenuto innocuo. Un team di ricercatori ha studiato come una navicella con vela fotonica potrebbe incontrarlo. La vela, simile a una gigantesca “tenda” di Mylar, sfrutta la pressione della luce solare per spingersi senza carburante. Gli scienziati hanno risolto un problema di controllo ottimale: decidere in ogni momento l’angolo della vela per massimizzare l’accelerazione verso l’asteroide. Hanno testato due scenari: uno semplificato, dove la navicella parte da un’orbita terrestre e punta direttamente all’asteroide, e uno più realistico, che tiene conto delle vere posizioni dei pianeti. Con una vela di “prestazioni medie”, i calcoli mostrano che è possibile arrivare a 2024 YR4 in meno di otto anni, toccando il punto più vicino al Sole dell’asteroide (perielio) a dicembre 2032. Questo è il tempo più breve mai trovato per una missione di questo tipo, dimostrando che le vele solari possono rendere praticabili gli incontri con corpi celesti lontani senza grandi quantità di propellente. L’approccio apre la porta a future esplorazioni di asteroidi potenzialmente pericolosi, usando solo la luce del Sole come carburante.

Le vele solari sfruttano la pressione radiante, una forza estremamente debole (circa 9 µN m⁻² al livello della Terra) ma continua. Il modello ottico usato nello studio considera la riflettività, l’assorbimento e la diffusione della luce sulla superficie della vela, calcolando il vettore di spinta come F = (2R + A)·(S/c)·A_sail·n, dove R è la riflettività, A l’assorbimento, S l’intensità solare, c la velocità della luce, A_sail l’area della vela e n il versore normale. La dinamica del veicolo è descritta da equazioni di moto a 6 gradi di libertà, con il controllo definito dall’angolo di incidenza α. L’ottimizzazione è stata effettuata con metodi di programmazione non lineare (direct collocation) su un grid temporale di 200 punti, garantendo convergenza verso il minimo globale del tempo di volo. I risultati mostrano che, per una vela di 100 m di diametro e massa di 500 kg, la velocità finale al perielio dell’asteroide è di circa 12 km s⁻¹, con un Δv totale fornito dalla vela di 3,2 km s⁻¹. L’analisi di sensitività ha evidenziato che aumentare la riflettività da 0,85 a 0,95 riduce il tempo di volo di circa 6 %, mentre una riduzione della massa di 10 % porta a un risparmio temporale del 4 %. Questi dati confermano che le vele solari, se progettate con materiali ultra‑leggeri e altamente riflettenti, possono diventare una tecnologia chiave per missioni di difesa planetaria e per l’esplorazione di piccoli corpi del Sistema Solare.