Güneş yelkeni

Güneş yelkeni (ayrıca ışık yelkeni veya foton yelkeni olarak da bilinir), geniş yüzeylere çarpan güneş ışığının uyguladığı radyasyon basıncından yararlanan bir uzay aracı itki sistemidir. Bu itki sistemini kullanan uzay araçları ise genel olarak güneş yelkenlisi olarak adlandırılır. Güneş itkisini ve seyrüseferini test etmek amacıyla 1980'lerden bu yana çeşitli uzay görevleri önerilmiştir. Bu teknolojiyi itki amacıyla başarıyla kullanan ilk iki uzay aracı, 2010 yılında fırlatılan IKAROS ile 2019 yılında fırlatılan LightSail-2'dir. 2024 yılında fırlatılan bir diğer teknoloji gösterim aracı Gelişmiş Kompozit Güneş Yelkeni Sistemi (Advanced Composite Solar Sail System - ACS3), yelkenini uzayda başarıyla açmış ancak ortaya çıkan bir teknik arıza nedeniyle aktif olarak kontrol edilememiştir.

Güneş yelkenlerinin çalışma prensibini anlamak için geleneksel bir yelkenli benzetmesi yapılabilir; geniş yüzeye etki eden ışık, tıpkı yelkeni şişiren rüzgar gibi bir kuvvet uygular. Alternatif bir ışık kaynağı olarak yüksek enerjili lazer ışınları kullanılarak güneş ışığına kıyasla çok daha yüksek kuvvetler üretilebilir ve bu kavram "ışın yelkeni" (beam sailing) olarak adlandırılır. Güneş yelkenlileri kimyasal roketlere kıyasla yüksek hız, uzun çalışma ömrü ve düşük operasyon maliyeti avantajlarını bir arada sunar. Çok az hareketli parçaya sahip oldukları ve hiçbir yakıt (itici gaz) tüketmedikleri için faydalı yüklerin taşınmasında defalarca kullanılma potansiyeline sahiptirler.

Güneş yelkenleri, astrodinamikte etkisi ölçülüp kanıtlanmış bir fiziksel ilkeden yararlanır. Güneş radyasyon basıncı, ister gezegenler arası uzay uçuşunda olsun ister bir gezegen ya da küçük gök cismi etrafındaki yörüngede bulunsun, tüm uzay araçlarını etkiler. Örneğin Mars'a giden tipik bir uzay aracı güneş radyasyon basıncı nedeniyle rotasından binlerce kilometre sapabilir. Bu nedenle 1960'lardaki ilk gezegenler arası görevlerden bu yana yörünge planlamalarında bu etki hesaba katılmaktadır. Radyasyon basıncı aynı zamanda uzay aracının kontrolünü de etkilediğinden, uzay aracı tasarımında temel bir faktör olarak dikkate alınır.

Güneş'e Dünya mesafesindeyken 800 × 800 metre (2.600 × 2.600 ft) boyutundaki bir güneş yelkenine etki eden toplam kuvvet yaklaşık 5 N (1,1 lbf) kadardır. Günümüz teknolojisi ise çok daha küçük boyutlarla sınırlı olduğu için ACS3 projesindeki 9 × 9 metre (30 × 30 ft) boyutundaki yelken yaklaşık 0,0007 N (0,00016 lbf) kuvvet üretebilmektedir. Bu durum güneş yelkenlerini, elektrikli itki motorlarına benzer şekilde düşük itme kuvveti üreten sistemler sınıfına sokar. Bununla birlikte hiçbir yakıt harcanmadığı için bu kuvvet (Güneş veya bir başka yıldız yeterince yakın olduğu sürece) kesintisiz olarak uygulanabilir. Zaman içinde biriken bu sürekli itki, uzay araçlarını çok yüksek hızlara ulaştırma potansiyeline sahiptir.

• Poynting-Robertson sürüklemesi
• Yarkovsky etkisi