回折型ソーラーセイル

回折型ソーラーセイル、または回折型ライトセイルは、推進力を得るために反射ではなく回折を利用するタイプのソーラーセイルです。^{[1] [2]現在の回折型セイルの設計では、偏光またはサブ}波長の屈折構造に基づくマイクロメートルサイズの格子を含む薄いメタマテリアルフィルムを使用しており、光が拡散（回折）し、通過するときに放射圧が発生します。 ^{[2] [3]}

回折をソーラーセイルに利用するというアイデアは、2017年にロチェスター工科大学の研究者によって初めて提案された。^{[4]これは、材料設計と製造（特に格子）および}光電子 制御の進歩によって部分的に可能になった。^[5] 2019年、ロチェスター工科大学の回折ソーラーセイルプロジェクトは、反射セイルよりも高い太陽傾斜角とより小さな軌道半径に到達できる回折セイルを使用した太陽 極軌道ミッションを提案し、 NASAのNIACフェーズIIに到達した。^{[1] [2] [6] 2022年にNIACプロジェクトはフェーズIIIに到達し、}ジョンズホプキンス大学とロチェスター工科大学の両方の研究者の関与により、NASAから200万ドルの支援を得た。 ^{[7] [8]}

反射型ソーラーセイルの設計は、大きくて薄い反射シートで構成される傾向があります。反射の法則により、シートに作用する力は常にシート表面に対して垂直になります。そのため、航行中はシートを傾ける必要があり、構造と制御に課題が生じ、セイルに到達する電力が減少します。^{[2] [5] [7]}これにより、信頼性が低下し、質量が増加し、加速が低下します。^[2]さらに、反射セイルは当たる光のかなりの割合を吸収する傾向があり、熱くなります。これは、特にセイルが繰り返し加熱され、その後冷却される場合に、構造上の問題を引き起こす可能性があります。^[5]また、セイルに当たる各光子は一度使用され、つまり、反射または吸収されます。^[5]

一方、回折セイルでは、シートが太陽に直接向いている場合でも格子が光の方向を変えられるため、セイルに当たるパワーを最大限に高めて、はるかに効率的な制御が可能になります。^{[5] [2]}回折フィルムは、格子の光電子 制御を可能にするように設計できるため、機械制御に比べて質量が減り、信頼性が向上します。^[2]フィルムは半透明なので、ほとんどの光がセイルを通過するため、全体的な加熱が軽減されます。^{[5]光子は再利用できます。つまり、2つ目の回折格子を通過して推力を高めるか、}太陽電池に通して電力を供給するかのいずれかです。^[8]