ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ (หรือที่รู้จักกันในชื่อใบเรือแสงใบเรือแสงและใบเรือโฟตอน ) เป็นวิธีการขับเคลื่อนยานอวกาศโดยใช้แรงดันรังสีที่เกิดจากแสงอาทิตย์บนพื้นผิวขนาดใหญ่ มีการเสนอภารกิจการบินอวกาศหลายภารกิจเพื่อทดสอบการขับเคลื่อนและการนำทางด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 ยานอวกาศสองลำที่ใช้เทคโนโลยีนี้ในการขับเคลื่อนได้สำเร็จคือIKAROSซึ่งปล่อยในปี 2010 และLightSail-2ซึ่งปล่อยในปี 2019 ^{[ 1 ]}ยานสาธิตเพิ่มเติม Advanced Composite Solar Sail System (ACS3) ถูกปล่อยในปี 2024 ^{[ 2 ]}และใช้งานได้สำเร็จ แต่ไม่สามารถควบคุมได้เนื่องจากความผิดพลาด^{[ 3 ]}

การเปรียบเทียบที่เหมาะสมกับเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์อาจเป็นเรือใบธรรมดาแสงที่กระทำต่อพื้นผิวขนาดใหญ่เปรียบเสมือนใบเรือที่ถูกลมพัด ลำแสงเลเซอร์ พลังงานสูง สามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงทางเลือกเพื่อออกแรงมากกว่าแสงแดด ซึ่งเป็นแนวคิดที่เรียกว่าการแล่นเรือด้วยลำแสง ยานอวกาศพลังงานแสงอาทิตย์มีศักยภาพในการดำเนินงานต้นทุนต่ำ ควบคู่ไปกับความเร็วสูง (เมื่อเทียบกับจรวดเคมี ) และอายุการใช้งานที่ยาวนาน เนื่องจากมีชิ้นส่วนเคลื่อนไหวน้อยและไม่ใช้เชื้อเพลิง จึงมีศักยภาพในการใช้งานซ้ำได้หลายครั้งสำหรับการขนส่งสัมภาระ

ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ใช้ปรากฏการณ์ที่มีผลกระทบที่พิสูจน์และวัดได้ต่อพลศาสตร์ดาราศาสตร์แรงดันจากแสงอาทิตย์ส่งผลกระทบต่อยานอวกาศทั้งหมด ไม่ว่าจะอยู่ในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์หรือโคจรรอบดาวเคราะห์หรือวัตถุขนาดเล็ก ตัวอย่างเช่น ยานอวกาศทั่วไปที่เดินทางไปยังดาวอังคารจะถูกแรงดันจากแสงอาทิตย์ทำให้เคลื่อนที่ไปหลายพันกิโลเมตร ดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงผลกระทบนี้ในการวางแผนเส้นทาง ซึ่งได้ดำเนินการมาตั้งแต่สมัยยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์รุ่นแรกๆ ในช่วงทศวรรษ 1960 แรงดันจากแสงอาทิตย์ยังส่งผลต่อการวางแนวของยานอวกาศ ซึ่งเป็นปัจจัยที่ต้องนำมาพิจารณาในการออกแบบยานอวกาศด้วย^{[ 4 ​​]}

ตัวอย่างเช่น แรงทั้งหมดที่กระทำต่อใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 800 x 800 เมตร (2,600 x 2,600 ฟุต) มีค่าประมาณ 5  N (1.1  lbf ) ที่ระยะห่างของโลกจากดวงอาทิตย์^{[ 5 ]}และเทคโนโลยีที่มีอยู่จำกัดอยู่ที่ขนาดที่เล็กกว่ามาก (เช่น 9 x 9 เมตร (30 x 30 ฟุต) สำหรับACS 3ซึ่งส่งผลให้มีค่าประมาณ 0.0007  N (0.00016  lbf )) ทำให้เป็น ระบบ ขับเคลื่อนที่ มีแรงขับต่ำ คล้ายกับยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ไฟฟ้าอย่างไรก็ตาม เนื่องจากไม่ใช้เชื้อเพลิง แรงนั้นจึงสามารถกระทำได้เรื่อยๆ (ตราบใดที่ดวงอาทิตย์หรือดาวฤกษ์ดวงอื่นอยู่ใกล้พอ) และผลรวมเมื่อเวลาผ่านไปนั้นมากพอที่จะพิจารณาว่าเป็นวิธีการขับเคลื่อนยานอวกาศที่มีศักยภาพ

โยฮันเนส เคปเลอร์สังเกตเห็นว่า หาง ดาวหางชี้ออกไปจากดวงอาทิตย์และเสนอว่าดวงอาทิตย์เป็นสาเหตุของปรากฏการณ์นี้ ในจดหมายถึงกาลิเลโอในปี 1610 เขาเขียนว่า "จัดหาเรือหรือใบเรือที่เหมาะสมกับลมบนท้องฟ้า และจะมีบางคนที่กล้าเผชิญกับความว่างเปล่านั้น" ^{[ 6 ]}เขาอาจนึกถึงปรากฏการณ์หางดาวหางเมื่อเขียนคำเหล่านั้น แม้ว่าผลงานตีพิมพ์ของเขาเกี่ยวกับหางดาวหางจะออกมาในอีกหลายปีต่อมาก็ตาม^{[ 7 ]}

ทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและการแผ่รังสี ซึ่งเจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์ตี พิมพ์ครั้งแรก ในปี ค.ศ. 1861–1864 แสดงให้เห็นว่าแสงมีโมเมนตัมและสามารถออกแรงดันต่อวัตถุได้สมการของแม็กซ์เวลล์เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการเดินเรือโดยใช้แรงดันจากแสง ดังนั้นในปี ค.ศ. 1864 ชุมชนฟิสิกส์และผู้คนทั่วไปจึงทราบว่าแสงอาทิตย์มีโมเมนตัมที่สามารถออกแรงดันต่อวัตถุได้

จูลส์ เวอร์นในหนังสือ From the Earth to the Moon [ ^{8 ] ที่}ตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2408 เขียนว่า "สักวันหนึ่งความเร็วจะมากกว่านี้ [ของดาวเคราะห์และวัตถุที่พุ่งชน] ซึ่งแสงหรือไฟฟ้าอาจเป็นตัวขับเคลื่อนทางกล ... สักวันหนึ่งเราจะเดินทางไปยังดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ และดวงดาว" ^{[ 9 ]}นี่อาจเป็นการยอมรับที่ตีพิมพ์ครั้งแรกว่าแสงสามารถขับเคลื่อนยานอวกาศผ่านอวกาศได้

Pyotr Lebedevเป็นคนแรกที่สาธิตแรงดันแสงได้สำเร็จ ซึ่งเขาทำในปี พ.ศ. 2442 โดยใช้เครื่องชั่งแบบบิด^{[ 10 ]} Ernest Nichols และ Gordon Hull ได้ทำการทดลองอิสระที่คล้ายกันในปี พ.ศ. 2444 โดยใช้เครื่องวัดรังสี Nichols ^{[ 11 ]}

Svante Arrheniusทำนายไว้ในปี พ.ศ. 2451 ว่าแรงดันรังสีจากดวงอาทิตย์สามารถกระจายสปอร์ของสิ่งมีชีวิตไปทั่วระยะทางระหว่างดวงดาวได้ ซึ่งเป็นวิธีหนึ่งในการอธิบายแนวคิดแพนสเปอร์เมียเขาเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่กล่าวว่าแสงสามารถเคลื่อนย้ายวัตถุระหว่างดวงดาวได้^{[ 12 ]}

คอนสแตนติน ซิโอลคอฟสกีเสนอให้ใช้แรงดันแสงอาทิตย์เพื่อขับเคลื่อนยานอวกาศผ่านอวกาศเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2464 ^{[ 13 ]}และแนะนำว่า "ควรใช้กระจกขนาดใหญ่ที่ทำจากแผ่นบางมากเพื่อใช้แรงดันแสงอาทิตย์เพื่อให้ได้ความเร็วระดับจักรวาล" ^{[ 14 ]}

Friedrich Zander (Tsander) ได้ตีพิมพ์เอกสารทางเทคนิคในปี พ.ศ. 2468 ซึ่งรวมถึงการวิเคราะห์ทางเทคนิคเกี่ยวกับการเดินเรือด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ Zander เขียนถึง "การใช้แรงเล็กน้อย" โดยใช้ "แรงดันแสงหรือการส่งผ่านพลังงานแสงไปยังระยะทางโดยใช้กระจกบางมาก" ^{[ 15 ]}

JBS Haldaneคาดการณ์ในปี พ.ศ. 2460 เกี่ยวกับการประดิษฐ์ยานอวกาศทรงท่อที่จะนำมนุษยชาติไปสู่อวกาศ และวิธีการที่ "ปีกที่ทำจากแผ่นฟอยล์โลหะที่มีพื้นที่หนึ่งตารางกิโลเมตรหรือมากกว่านั้นถูกกางออกเพื่อรับแรงดันรังสีจากดวงอาทิตย์" ^{[ 16 ]}

JD Bernalเขียนไว้ในปี พ.ศ. 2462 ว่า "อาจมีการพัฒนารูปแบบการแล่นเรือในอวกาศโดยใช้ผลผลักดันของรังสีจากดวงอาทิตย์แทนลม ยานอวกาศที่กางปีกโลหะขนาดใหญ่ออกจนสุด อาจถูกลมพัดไปจนถึงขอบเขตวงโคจรของดาวเนปจูน จากนั้นเพื่อเพิ่มความเร็วมันจะแล่นทวนลมลงมาตามสนามแรงโน้มถ่วง และกางใบเรือเต็มที่อีกครั้งเมื่อแล่นผ่านดวงอาทิตย์" ^{[ 17 ]}

นักเขียน นิยายวิทยาศาสตร์ใช้เรือใบพลังงานแสงอาทิตย์ในงานเขียนของพวกเขา เช่น บทความClipper Ships of Space ของ Russell Saunders ในปี 1951 ในAstounding Science Fiction ^{[ 18 ]}และเรื่องสั้นSunjammerโดยArthur C. Clarke ซึ่งตีพิมพ์ครั้งแรกในนิตยสาร Boys' Life ฉบับเดือนมีนาคม พ.ศ. 2507 ^{[ 19 ]}ที่บรรยายถึงการแข่งขันเรือใบระหว่างยานอวกาศพลังงานแสงอาทิตย์

คาร์ล ซาแกนในช่วงทศวรรษ 1970 ได้ทำให้แนวคิดเรื่องการแล่นเรือด้วยแสงเป็นที่นิยม โดยใช้โครงสร้างขนาดใหญ่ที่สะท้อนโฟตอนไปในทิศทางเดียว ทำให้เกิดโมเมนตัม เขานำเสนอแนวคิดนี้ในการบรรยายในวิทยาลัย หนังสือ และรายการโทรทัศน์ เขาตั้งใจแน่วแน่ที่จะปล่อยยานอวกาศลำนี้ให้ทันเวลาเพื่อไปพบกับดาวหางฮัลเลย์น่าเสียดายที่ภารกิจไม่สำเร็จทันเวลา และเขาไม่ทันได้เห็นมันสำเร็จ^{[ 20 ]}

ความพยายามทางเทคโนโลยีและการออกแบบอย่างเป็นทางการครั้งแรกสำหรับใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์เริ่มต้นขึ้นในปี 1976 ที่ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratoryสำหรับภารกิจที่เสนอให้ไปพบกับดาวหางฮัลเลย์^{[ 5 ]}

ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ใช้หลักการสะท้อนแสง [ ^{21 ] พื้น}ผิวของใบเรือสะท้อนแสงได้ดีมาก เหมือนกระจกและแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวจะก่อให้เกิดแรง ข้อจำกัดที่สำคัญ ซึ่งในทางปฏิบัติส่งผลต่อประสิทธิภาพของวิถีการบินของใบเรือ คือทิศทางและขนาดของแรงขับนั้นเชื่อมโยงกันดังนั้นจึงไม่สามารถควบคุมได้อย่างอิสระ

ในปี 2018 มีการเสนอ การเลี้ยวเบนเป็นกลไกการขับเคลื่อนใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่แตกต่างออกไป วัสดุที่มีตะแกรงเลี้ยวเบนที่ปรับได้จะถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดทิศทางของแสงที่เข้ามาในมุมที่ต้องการ การจัดเรียงนี้จะช่วยขจัดความสัมพันธ์ระหว่างทิศทางและขนาดของแรงขับ และช่วยให้สามารถปรับแรงขับได้เร็วกว่าใบเรือสะท้อนแสง (ซึ่งต้องเอียงไปที่มุมต่างๆ เพื่อควบคุม) อย่างไรก็ตามระดับความพร้อมของเทคโนโลยีวัสดุใบเรือยังไม่สมบูรณ์เท่ากับในกรณีของใบเรือสะท้อนแสง^{[ 22 ] [ 23 ]}

การเชื่อมโยงระหว่างทิศทางและแรงขับที่พบในใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์แบบสะท้อนแสงยังได้รับการเสนอให้แก้ไขด้วย เครื่องขับดัน โฟตอนพลังงานแสงอาทิตย์^{[ 24 ]}ซึ่งใช้เยื่อสะท้อนแสงเช่นกัน แต่ต่างจากใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วไปตรงที่เยื่อจะนำรังสีที่เข้ามาไปยังกระจกปรับลำแสงขนาดเล็ก กระจกปรับลำแสงจะนำรังสีนี้ไปยังกระจกสะท้อนแสง ซึ่งการวางแนวของกระจกสะท้อนแสงจะส่งผลต่อทิศทางของลำแสงที่ออกมาและด้วยเหตุนี้จึงส่งผลต่อทิศทางของแรงขับ ดังนั้น ทิศทางของแรงขับจึงถูกควบคุมไม่ใช่โดยการหมุนตัวสะท้อนแสงทั้งหมด แต่โดยการหมุนกระจกขนาดเล็กที่รังสีนี้ถูกโฟกัสไว้ แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่สามารถขจัดความเชื่อมโยงระหว่างขนาดและทิศทางของแรงขับได้อย่างสมบูรณ์ แต่หมายความว่าแรงขับเป็นสัดส่วนกับโคไซน์ แทนที่จะเป็นโคไซน์กำลังสองของทิศทาง ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เพิ่มขนาดของแรงขับที่มีอยู่ที่ทุกมุม^{[ 25 ]}

Pekka JanhunenจากFMI ได้เสนอใบเรือ พลังงานแสงอาทิตย์ชนิดหนึ่งที่เรียกว่าใบเรือลมพลังงานแสงอาทิตย์แบบไฟฟ้า^{[ 26 ]}ในทางกลไกแล้ว มันแทบจะไม่เหมือนกับการออกแบบใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมเลย ใบเรือถูกแทนที่ด้วยสายนำไฟฟ้าที่ยืดตรง (ลวด) ที่วางเป็นแนวรัศมีรอบเรือหลัก ลวดเหล่านี้มีประจุไฟฟ้าเพื่อสร้างสนามไฟฟ้าโดยรอบ สนามไฟฟ้าแผ่ขยายออกไปหลายสิบเมตรเข้าไปในพลาสมาของลมพลังงานแสงอาทิตย์โดยรอบ โปรตอนของดวงอาทิตย์จะถูกสะท้อนโดยสนามไฟฟ้า (เช่นเดียวกับโฟตอนบนใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์แบบดั้งเดิม) รัศมีของใบเรือมาจากสนามไฟฟ้ามากกว่าตัวลวดเอง ทำให้ใบเรือเบาลง นอกจากนี้ยังสามารถควบคุมทิศทางของยานได้โดยการควบคุมประจุไฟฟ้าของลวด ใบเรือไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริงจะมีลวดที่ยืดตรง 50–100 เส้น โดยแต่ละเส้นมีความยาวประมาณ 20 กิโลเมตร^{[ 27 ]}

ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์แบบไฟฟ้าสามารถปรับสนามไฟฟ้าสถิตและทิศทางการกางใบเรือได้

ใบเรือแม่เหล็กจะใช้ลมสุริยะเช่นกัน อย่างไรก็ตาม สนามแม่เหล็กจะเบี่ยงเบนอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าในลม โดยใช้ลวดวนและปล่อยกระแสไฟฟ้าสถิตผ่านแทนที่จะใช้แรงดันไฟฟ้าสถิต^{[ 28 ]}

การออกแบบทั้งหมดนี้สามารถใช้ในการเคลื่อนที่ได้ แม้ว่ากลไกจะแตกต่างกันก็ตาม

ใบเรือแม่เหล็กเบี่ยงเบนเส้นทางของโปรตอนที่มีประจุซึ่งอยู่ในลมสุริยะโดยการเปลี่ยนทิศทางของใบเรือและขนาดของสนามแม่เหล็ก พวกมันสามารถเปลี่ยนปริมาณและทิศทางของแรงขับได้

แรงที่ส่งไปยังใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์เกิดจากโมเมนตัมของโฟตอน โมเมนตัมของโฟตอนหรือฟลักซ์ทั้งหมดกำหนดโดยความสัมพันธ์ของไอน์สไตน์ : ^{[ 29 ] [ 30 ]}

${\displaystyle p=E/c}$

โดยที่ p คือโมเมนตัม, E คือพลังงาน (ของโฟตอนหรือฟลักซ์) และ c คือความเร็วแสงโดยเฉพาะอย่างยิ่ง โมเมนตัมของโฟตอนขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นp = h/λ

แรงดันรังสีจากดวงอาทิตย์สามารถสัมพันธ์กับค่าความเข้มรังสี ( ค่า คงที่ของดวงอาทิตย์ ) ที่ 1361 W/m² ^ที่ 1  AU (ระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์) ตามที่แก้ไขในปี 2011: ^{[ 31 ]}

• การดูดกลืนที่สมบูรณ์แบบ: F = 4.54 μN ต่อตารางเมตร (4.54 μ Pa ) ในทิศทางของลำแสงตกกระทบ ( การชนแบบไม่ยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์ )
• การสะท้อนแสงที่สมบูรณ์แบบ: F = 9.08 μN ต่อตารางเมตร (9.08 μPa) ในทิศทางตั้งฉากกับพื้นผิว ( การชนแบบยืดหยุ่น )

ใบเรือในอุดมคติจะแบนราบและมีการสะท้อนแบบกระจกเงา 100% ใบเรือจริงจะมีประสิทธิภาพโดยรวมประมาณ 90% ประมาณ 8.17 μN/m² ^[ 30 ^{] เนื่อง มาจากความโค้ง (การโป่ง) รอยย่น การดูดซับ การแผ่รังสีซ้ำจากด้านหน้าและด้านหลัง ผลกระทบ ที่}ไม่ใช่การสะท้อนแบบกระจกเงา และปัจจัยอื่นๆ

แรงที่กระทำต่อใบเรือและความเร่งจริงของเรือจะแปรผันตามกำลังสองผกผันของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ (เว้นแต่จะอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มาก^{[ 32 ]} ) และตามกำลังสองของโคไซน์ของมุมระหว่างเวกเตอร์แรงของใบเรือกับรัศมีจากดวงอาทิตย์ ดังนั้น

${\displaystyle F=F_{0}\cos ^{2}(\theta )/R^{2}}$(เพื่อการแล่นเรือที่สมบูรณ์แบบ)

โดยที่ R คือระยะห่างจากดวงอาทิตย์ในหน่วย AU สามารถจำลองใบเรือสี่เหลี่ยมจัตุรัสได้ดังนี้:

${\displaystyle F=F_{0}(0.349+0.662\cos(2\theta )-0.011\cos(4\theta ))/R^{2}}$

โปรดทราบว่าแรงและความเร่งจะเข้าใกล้ศูนย์โดยทั่วไปที่ θ = 60° แทนที่จะเป็น 90° อย่างที่คาดหวังได้จากใบเรือในอุดมคติ^{[ 33 ]}

หากพลังงานบางส่วนถูกดูดซับ พลังงานที่ดูดซับจะทำให้ใบเรือร้อนขึ้น และใบเรือจะแผ่พลังงานนั้นออกมาจากพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลัง โดยขึ้นอยู่กับค่าการแผ่รังสีของพื้นผิวทั้งสองด้านนั้น

ลมสุริยะซึ่งเป็นฟลักซ์ของอนุภาคประจุที่พัดออกมาจากดวงอาทิตย์ ก่อให้เกิดแรงดันไดนามิกโดยประมาณ 3 ถึง 4 nPaซึ่งน้อยกว่าแรงดันรังสีจากดวงอาทิตย์บนใบเรือสะท้อนแสงถึงสามลำดับขนาด^{[ 34 ]}

น้ำหนักบรรทุกของใบเรือ (ความหนาแน่นต่อพื้นที่) เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญ ซึ่งคำนวณจากมวลรวมหารด้วยพื้นที่ใบเรือ โดยมีหน่วยเป็น g/m² และ^ใช้สัญลักษณ์เป็นอักษรกรีก σ (ซิกมา)

เรือใบมีค่าความเร่งเฉพาะตัว a _cซึ่งจะเกิดขึ้นที่ระยะ 1 AU เมื่อหันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์ โปรดทราบว่าค่านี้คำนึงถึงทั้งโมเมนตัมที่ตกกระทบและโมเมนตัมที่สะท้อนกลับ โดยใช้ค่าข้างต้นที่ 9.08 μN ต่อตารางเมตรของแรงดันรังสีที่ระยะ 1 AU ค่า a _cจะมีความสัมพันธ์กับความหนาแน่นเชิงพื้นที่ดังนี้:

a _c = 9.08(ประสิทธิภาพ) / σ mm/s ²

สมมติประสิทธิภาพ 90% จะได้_c = 8.17 / σ mm/ ^s²

ค่าความสว่าง λ หรือ β มักเขียนแทนด้วยค่าที่ไม่มีมิติ เป็นอัตราส่วนของอัตราเร่งสูงสุดของยานพาหนะหารด้วยแรงโน้มถ่วงเฉพาะที่ของดวงอาทิตย์ โดยใช้ค่าที่ระยะ 1 AU:

λ = a _c / 5.93

ค่าความสว่างยังไม่ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากดวงอาทิตย์ เนื่องจากทั้งแรงโน้มถ่วงและความดันแสงจะลดลงตามกำลังสองผกผันของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ ดังนั้น ค่านี้จึงกำหนดประเภทของการปรับวงโคจรที่ยานอวกาศแต่ละลำสามารถทำได้

ตารางนี้แสดงค่าตัวอย่างบางส่วน ไม่รวมน้ำหนักบรรทุก สองค่าแรกมาจากการออกแบบโดยละเอียดที่ JPL ในช่วงทศวรรษ 1970 ค่าที่สามคือเรือใบแบบโครงตาข่าย ซึ่งอาจแสดงถึงระดับประสิทธิภาพที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้^{[ 5 ]} ขนาดของใบเรือสี่เหลี่ยมและโครงตาข่ายวัดจากขอบ ขนาดของเฮลิโอไจโรวัดจากปลายใบพัดถึงปลายใบพัด

ระบบ ควบคุมทิศทางแบบแอคทีฟ(ACS) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับยานอวกาศที่ใช้ใบเรือในการปรับและรักษาทิศทางที่ต้องการ ทิศทางของใบเรือที่ต้องการจะเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ (มักน้อยกว่า 1 องศาต่อวัน) ในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ แต่จะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วมากในวงโคจรของดาวเคราะห์ ระบบ ACS ต้องสามารถตอบสนองความต้องการด้านทิศทางเหล่านี้ได้ การควบคุมทิศทางทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงความสัมพันธ์ระหว่างจุดศูนย์กลางความดันและจุดศูนย์กลางมวลของยานซึ่งสามารถทำได้โดยใช้แผ่นควบคุม การเคลื่อนที่ของใบเรือแต่ละใบ การเคลื่อนที่ของมวลควบคุม หรือการเปลี่ยนแปลงค่าการสะท้อนแสง

การรักษาระดับท่าทางให้คงที่นั้น จำเป็นต้องให้ระบบควบคุมทิศทาง (ACS) รักษาแรงบิดสุทธิบนตัวยานให้เป็นศูนย์ แรงและแรงบิดทั้งหมดที่กระทำต่อใบเรือ หรือชุดใบเรือนั้น ไม่คงที่ตลอดเส้นทาง แรงจะเปลี่ยนแปลงไปตามระยะห่างจากดวงอาทิตย์และมุมของใบเรือ ซึ่งจะทำให้ความโค้งของใบเรือเปลี่ยนแปลงไป และทำให้บางส่วนของโครงสร้างรองรับเบี่ยงเบนไป ส่งผลให้แรงและแรงบิดของใบเรือเปลี่ยนแปลงไปด้วย

อุณหภูมิของใบเรือเปลี่ยนแปลงไปตามระยะห่างจากดวงอาทิตย์และมุมของใบเรือ ซึ่งส่งผลให้ขนาดของใบเรือเปลี่ยนแปลงไปด้วย ความร้อนจากใบเรือยังส่งผลต่ออุณหภูมิของโครงสร้างรองรับ ปัจจัยทั้งสองนี้ส่งผลต่อแรงและแรงบิดโดยรวม

เพื่อรักษาทัศนคติที่ต้องการ ACS จะต้องชดเชยการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดเหล่านี้^{[ 35 ]}

การใช้งานที่เป็นไปได้สำหรับเรือใบครอบคลุมทั่วระบบสุริยะตั้งแต่ใกล้ดวงอาทิตย์ไปจนถึงกลุ่มเมฆดาวหางที่อยู่ไกลออกไปจากดาวเนปจูน ยานอวกาศสามารถออกเดินทางเพื่อส่งมอบสินค้าหรือเพื่อไปประจำการที่ปลายทาง สามารถใช้ขนส่งสินค้าและอาจใช้สำหรับการเดินทางของมนุษย์ได้ด้วย^{[ 5 ]}

สำหรับการเดินทางภายในระบบสุริยะชั้นใน ยานอวกาศเหล่านี้สามารถส่งสัมภาระและกลับมายังโลกเพื่อการเดินทางครั้งต่อไป โดยทำหน้าที่เป็นยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับดาวอังคาร ยานอวกาศนี้สามารถจัดหาวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการจัดหาอุปกรณ์สำหรับการปฏิบัติงานบนดาวเคราะห์เป็นประจำ ตามที่เจอโรม ไรท์กล่าวไว้ว่า "ค่าใช้จ่ายในการปล่อยเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมที่จำเป็นจากโลกนั้นมหาศาลสำหรับภารกิจที่มีมนุษย์ควบคุม การใช้เรือใบอาจช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในภารกิจได้มากกว่า 10 พันล้านดอลลาร์" ^{[ 5 ]}

ยานอวกาศพลังงานแสงอาทิตย์สามารถเข้าใกล้ดวงอาทิตย์เพื่อส่งอุปกรณ์สังเกตการณ์หรือเพื่อเข้าสู่วงโคจรรักษาระดับ สามารถปฏิบัติการได้ที่ระยะ 0.25 หน่วยดาราศาสตร์หรือใกล้กว่านั้น และสามารถเข้าสู่วงโคจรที่มีความเอียงสูงได้ รวมถึงวงโคจรขั้วโลกด้วย

ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์สามารถเดินทางไปและกลับจากดาวเคราะห์ชั้นในทั้งหมดได้ การเดินทางไปยังดาวพุธและดาวศุกร์มีจุดประสงค์เพื่อการนัดพบและการเข้าสู่วงโคจรของสัมภาระ การเดินทางไปยังดาวอังคารอาจมีจุดประสงค์เพื่อการนัดพบหรือการโคจรผ่านโดยปล่อยสัมภาระเพื่อการเบรกทางอากาศพลศาสตร์^{[ 5 ]}

การลดเวลาการเดินทางขั้นต่ำไปยังดาวเคราะห์ชั้นนอกนั้นทำได้โดยการใช้การเดินทางทางอ้อม (การโคจรผ่านดวงอาทิตย์) อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ส่งผลให้ความเร็วในการเดินทางถึงจุดหมายสูง การเดินทางที่ช้ากว่าจะมีความเร็วในการเดินทางถึงจุดหมายต่ำกว่า

เวลาเดินทางขั้นต่ำไปยังดาวพฤหัสบดีสำหรับc _ที่ 1 มม./วินาที^²โดยไม่มีความเร็วในการออกเดินทางเมื่อเทียบกับโลกคือ 2 ปี เมื่อใช้การถ่ายโอนทางอ้อม (การแกว่งผ่านดวงอาทิตย์) ความเร็วในการมาถึง ( _V∞ )ใกล้เคียงกับ 17 กม./วินาที สำหรับดาวเสาร์ เวลาเดินทางขั้นต่ำคือ 3.3 ปี โดยมีความเร็วในการมาถึงเกือบ 19 กม./วินาที^{[ 5 ]}

จุด โฟกัสแรงโน้มถ่วงภายในของดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์อย่างน้อย 550 AU และเป็นจุดที่แสงจากวัตถุที่อยู่ไกลถูกโฟกัสด้วยแรงโน้มถ่วงอันเป็นผลมาจากการที่แสงผ่านดวงอาทิตย์ ดังนั้นนี่จึงเป็นจุดที่ไกลที่สุดที่แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์จะทำให้บริเวณอวกาศลึกอีกด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ถูกโฟกัส ซึ่งทำหน้าที่เสมือนเลนส์วัตถุของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก^{[ 36 ] [ 37 ]}

มีการเสนอว่าใบเรือพองลมที่ทำจากเบริลเลียมซึ่งเริ่มต้นที่ระยะ 0.05 AU จากดวงอาทิตย์จะได้รับความเร่งเริ่มต้น 36.4 m/s² ^และถึงความเร็ว 0.00264c (ประมาณ 950 กม./วินาที) ในเวลาน้อยกว่าหนึ่งวัน ความใกล้ชิดกับดวงอาทิตย์เช่นนี้อาจพิสูจน์ได้ว่าไม่สามารถทำได้จริงในระยะสั้นเนื่องจากการเสื่อมสภาพของโครงสร้างเบริลเลียมที่อุณหภูมิสูง การแพร่กระจายของไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูง รวมถึงการไล่ระดับไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการแตกตัวเป็นไอออนของเบริลเลียมจากลมสุริยะ ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการระเบิด การปรับจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่ 0.1 AU จะช่วยลดอุณหภูมิและการสัมผัสกับฟลักซ์แสงอาทิตย์ดังกล่าว^{[ 38 ]} ใบเรือดังกล่าวจะใช้เวลา "สองปีครึ่งในการไปถึงเฮลิโอพอส หกปีครึ่งในการไปถึงจุดโฟกัสแรงโน้มถ่วง ภายในของดวงอาทิตย์ และไปถึงเมฆออร์ตชั้นในภายในเวลาไม่เกินสามสิบปี" ^{[ 37 ]} "ภารกิจดังกล่าวสามารถดำเนินการสังเกตการณ์ทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่เป็นประโยชน์ระหว่างทาง สำรวจเทคนิคการโฟกัสแรงโน้มถ่วง และถ่ายภาพวัตถุเมฆออร์ตในขณะที่สำรวจอนุภาคและสนามในบริเวณนั้นซึ่งมีต้นกำเนิดจากกาแล็กซีมากกว่าจากดวงอาทิตย์"

Robert L. Forwardได้แสดงความคิดเห็นว่าใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์สามารถใช้เพื่อปรับเปลี่ยนวงโคจรของดาวเทียมรอบโลกได้ ในกรณีสุดขีด ใบเรือสามารถใช้เพื่อ "ลอย" ดาวเทียมเหนือขั้วโลกหนึ่งของโลกได้ ยานอวกาศที่ติดตั้งใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ยังสามารถอยู่ในวงโคจรที่ใกล้กันมากจนอยู่กับที่เมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์หรือโลก ซึ่งเป็นดาวเทียมประเภทหนึ่งที่ Forward เรียกว่า " statite " เป็นไปได้เพราะแรงขับเคลื่อนจากใบเรือจะชดเชยแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์ วงโคจรดังกล่าวอาจมีประโยชน์สำหรับการศึกษาคุณสมบัติของดวงอาทิตย์เป็นเวลานาน^{[ 39 ]}ในทำนองเดียวกัน ยานอวกาศที่ติดตั้งใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ยังสามารถคงอยู่ในตำแหน่งเกือบเหนือเส้นแบ่งเขตแสงอาทิตย์ ขั้วโลก ของดาวเคราะห์เช่นโลกได้ โดยการเอียงใบเรือในมุมที่เหมาะสมที่จำเป็นเพื่อต่อต้านแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์^{[ 39 ]}

ในหนังสือThe Case for Marsของโรเบิร์ต ซูบริน เขาชี้ให้เห็นว่าแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากวัตถุรูปทรงสี่เหลี่ยมขนาดใหญ่ (statite) ซึ่งวางไว้ใกล้กับเส้นแบ่งเขตแดนระหว่างขั้วโลกและท้องฟ้าของดาวอังคาร สามารถส่องไปยังแผ่นน้ำแข็งขั้วโลกใดขั้วโลกหนึ่งของดาวอังคาร เพื่อเพิ่มอุณหภูมิของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ได้อย่างมาก วัตถุรูปทรงสี่เหลี่ยมดังกล่าวสามารถทำจากวัสดุจากดาวเคราะห์น้อยได้

มีการเสนอให้ใช้ดาวเทียมกลุ่มหนึ่งที่ออกแบบมาเพื่อทำหน้าที่เสมือนใบเรือในการวัดความไม่สมดุลของพลังงานของโลกซึ่งเป็นการวัดอัตราภาวะโลกร้อน ขั้นพื้นฐานที่สุดของโลก เครื่องวัดความเร่งที่ทันสมัยบนดาวเทียมจะวัดการเปลี่ยนแปลงของความแตกต่างของความดันระหว่างรังสีจากดวงอาทิตย์ที่เข้ามาและรังสีความร้อน ที่แผ่ออกไป ที่ด้านตรงข้ามของดาวเทียมแต่ละดวง คาดว่าความแม่นยำในการวัดจะดีกว่าที่ทำได้ด้วยเครื่องตรวจจับรังสี ขนาดกะทัดรัด ^{[ 40 ]}

ยาน สำรวจ MESSENGERที่โคจรรอบดาวพุธใช้แรงดันแสงบนแผงโซลาร์เซลล์เพื่อทำการแก้ไขวิถีโคจรอย่างละเอียดระหว่างทางไปยังดาวพุธ^{[ 41 ]}โดยการเปลี่ยนมุมของแผงโซลาร์เซลล์เทียบกับดวงอาทิตย์ ปริมาณแรงดันรังสีจากดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนแปลงไปเพื่อปรับวิถีโคจรของยานอวกาศให้ละเอียดอ่อนกว่าที่ทำได้ด้วยเครื่องยนต์ขับดัน ข้อผิดพลาดเล็กน้อยจะถูกขยายให้ใหญ่ขึ้นอย่างมากโดยการ ใช้แรง โน้มถ่วงช่วยดังนั้นการใช้แรงดันรังสีเพื่อทำการแก้ไขเล็กน้อยจึงช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้เป็นจำนวนมาก

ในช่วงทศวรรษ 1970 โรเบิร์ต ฟอร์เวิร์ด ได้เสนอแผนการ ขับเคลื่อนด้วยลำแสงสองแบบ^โดยใช้เลเซอร์หรือมาเซอร์เพื่อผลักดันใบเรือขนาดยักษ์ให้มีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง [ ^{42 ]}

ในนิยายวิทยาศาสตร์เรื่องRocheworldฟอร์เวิร์ดได้บรรยายถึงยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยลำแสงเลเซอร์กำลังสูง เมื่อยานอวกาศเข้าใกล้จุดหมายปลายทาง ส่วนนอกของลำแสงจะแยกตัวออก จากนั้นลำแสงส่วนนอกจะรวมแสงและสะท้อนลำแสงเลเซอร์กลับไปยังลำแสงส่วนในที่มีขนาดเล็กกว่า ซึ่งจะสร้างแรงเบรกเพื่อหยุดยานในระบบดาวปลายทาง

ทั้งสองวิธีนี้ล้วนเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมอย่างมหาศาล เลเซอร์จะต้องทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายปีด้วย กำลังระดับ กิกะวัตต์ วิธีแก้ปัญหาของ Forward นั้นต้องใช้แผงโซลาร์เซลล์ขนาดมหึมาสร้างขึ้นที่หรือใกล้กับดาวพุธ จะต้องมีกระจกขนาดเท่าดาวเคราะห์หรือเลนส์เฟรสเนล ตั้งอยู่ที่ระยะห่างจากดวงอาทิตย์หลายสิบ หน่วยดาราศาสตร์เพื่อรักษาโฟกัสของเลเซอร์ไปที่ใบเรือ ใบเรือเบรกขนาดยักษ์จะต้องทำหน้าที่เป็นกระจกที่มีความแม่นยำสูงเพื่อโฟกัสลำแสงเบรกไปที่ใบเรือ "ลดความเร็ว" ด้านใน

แนวทางที่อาจจะง่ายกว่าคือการใช้มาเซอร์เพื่อขับเคลื่อน "ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์" ที่ประกอบด้วยตาข่ายลวดที่มีระยะห่างเท่ากับความยาวคลื่นของไมโครเวฟที่ส่งไปยังใบเรือ เนื่องจากการควบคุมรังสีไมโครเวฟนั้นง่ายกว่าการควบคุมแสงที่มองเห็นได้ การออกแบบยานสำรวจอวกาศระหว่างดวงดาว " Starwisp " ในสมมติฐาน ^{[ 43 ] [ 44 ]}จะใช้ไมโครเวฟแทนแสงที่มองเห็นได้ในการผลักดัน มาเซอร์จะกระจายตัวได้เร็วกว่าเลเซอร์แสงเนื่องจากมีความยาวคลื่นที่ยาวกว่า ดังนั้นจึงมีระยะการใช้งานที่มีประสิทธิภาพไม่มากนัก

มาเซอร์ยังสามารถใช้เพื่อขับเคลื่อนใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่ทาสี ซึ่งเป็นใบเรือแบบดั้งเดิมที่เคลือบด้วยชั้นของสารเคมีที่ออกแบบมาให้ระเหยเมื่อถูกรังสีไมโครเวฟ^{[ 45 ]}โมเมนตัมที่เกิดจากการระเหย นี้ สามารถเพิ่มแรงขับ ที่เกิดจากใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่าง มาก ในรูปแบบของการขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์แบบระเหยที่มี น้ำหนักเบา

เพื่อเน้นพลังงานไปที่ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่อยู่ไกลออกไป Forward เสนอเลนส์ที่ออกแบบเป็นแผ่นโซน ขนาดใหญ่ ซึ่งจะถูกวางไว้ในตำแหน่งระหว่างเลเซอร์หรือมาเซอร์กับยานอวกาศ^{[ 42 ]}

แนวทางที่สมจริงทางกายภาพอีกวิธีหนึ่งคือการใช้แสงจากดวงอาทิตย์เพื่อเร่งความเร็วของยานอวกาศ^{[ 46 ]}ยานจะลดระดับลงสู่วงโคจรที่เข้าใกล้ดวงอาทิตย์ก่อน เพื่อเพิ่มพลังงานแสงอาทิตย์ที่ป้อนเข้าสู่ใบเรือให้สูงสุด จากนั้นจะเริ่มเร่งความเร็วออกไปจากระบบโดยใช้แสงจากดวงอาทิตย์ ความเร่งจะลดลงโดยประมาณตามกำลังสองผกผันของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ และเมื่อเลยระยะทางหนึ่งไปแล้ว ยานจะไม่ได้รับแสงเพียงพอที่จะเร่งความเร็วอย่างมีนัยสำคัญอีกต่อไป แต่จะรักษาระดับความเร็วสุดท้ายที่ได้รับไว้ เมื่อเข้าใกล้ดาวเป้าหมาย ยานสามารถหันใบเรือไปทางดาวเป้าหมายและเริ่มใช้แรงดันภายนอกของดาวเป้าหมายเพื่อลดความเร็ว จรวดสามารถเสริมแรงขับจากพลังงานแสงอาทิตย์ได้

มีการเสนอการปล่อยและรับพลังงานแสงอาทิตย์ในลักษณะเดียวกันสำหรับ การแพร่ กระจายสิ่งมีชีวิตในระบบสุริยะอื่น ๆ โดยสามารถสร้างความเร็วได้ถึง 0.05% ของความเร็วแสงโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่บรรทุกน้ำหนัก 10 กิโลกรัม โดยใช้ยานพลังงานแสงอาทิตย์แบบบางที่มีความหนาแน่นพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ 0.1 กรัม/ตร.ม. ^โดยมีแผ่นพลังงานแสงอาทิตย์บางเพียง 0.1  ไมโครเมตร และมีขนาดประมาณหนึ่งตารางกิโลเมตร หรืออีกทางหนึ่ง สามารถปล่อยแคปซูลขนาด 1 มิลลิเมตรจำนวนมากบนพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีรัศมี 42 เซนติเมตร โดยแต่ละแคปซูลบรรจุ จุลินทรีย์ที่ทนต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้วจำนวน 10,000 แคปซูล เพื่อเพาะพันธุ์ สิ่งมีชีวิตในสภาพแวดล้อมเป้าหมายที่หลากหลาย^{[ 47 ] [ 48 ]}

การศึกษาเชิงทฤษฎีชี้ให้เห็นถึงความเร็วสัมพัทธภาพหากเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์ใช้ประโยชน์จากซูเปอร์โนวา^{[ 49 ]}

มีการเสนอให้ใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดเล็กเพื่อเร่งการลดระดับวงโคจรของดาวเทียมเทียมขนาดเล็กจากวงโคจรโลก ดาวเทียมในวงโคจรต่ำของโลกสามารถใช้แรงดันแสงอาทิตย์บนใบเรือและแรงต้านอากาศที่เพิ่มขึ้นเพื่อเร่งการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวเทียม[ 50 ^{]ใบเรือ} ลดระดับวงโคจรที่พัฒนาขึ้นที่มหาวิทยาลัยแครนฟิลด์เป็นส่วนหนึ่งของดาวเทียมTechDemoSat-1 ของสหราชอาณาจักร ซึ่งปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี 2014 ใบเรือถูกกางออกเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน 5 ปีของดาวเทียมในเดือนพฤษภาคม 2019 ^{[ 51 ]}จุดประสงค์ของใบเรือคือการนำดาวเทียมออกจากวงโคจรในช่วงเวลาประมาณ 25 ปี^{[ 52 ]}ในเดือนกรกฎาคม 2015 ดาวเทียม CubeSat ขนาด 3U ของอังกฤษ ชื่อDeorbitSailถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อทดสอบโครงสร้างลดระดับวงโคจร^{ขนาด 16 ตารางเมตร [ 53 ]}แต่ในที่สุดก็ไม่สามารถกางออกได้^{[ 54 ]}ภารกิจ CubeSat ขนาด 2U ของนักเรียนชื่อPW-Sat2ถูกปล่อยในเดือนธันวาคม 2018 และทดสอบใบเรือลดระดับวงโคจรขนาด 4 ตารางเมตร โดยสามารถลดระดับวงโคจรได้สำเร็จในเดือนกุมภาพันธ์ 2021 ^{[ 55 ] ใน} เดือนมิถุนายน 2017 CubeSatขนาด 3U ของอังกฤษลำที่สองชื่อInflateSail ได้กางใบเรือลดระดับวงโคจร ^ขนาด 10 ตารางเมตรที่ระดับความสูง 500 กิโลเมตร (310 ไมล์) ^{[ 56 ] ในเดือนมิถุนายน 2017 CubeSat ขนาด} 3U ชื่อ URSAMAIOR ถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรต่ำของโลกเพื่อทดสอบระบบลดระดับวงโคจร ARTICA ที่พัฒนาโดยSpacemind [ ^{57 ]} อุปกรณ์นี้ซึ่งใช้พื้นที่เพียง 0.4 U ของ CubeSat จะกางใบเรือขนาด 2.1 ตารางเมตร^{เพื่อ}ลดระดับวงโคจรของดาวเทียมเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน^{[ 58 ]}

IKAROSซึ่งเปิดตัวในปี 2010 เป็นยานอวกาศพลังงานแสงอาทิตย์แบบใบเรือลำแรกที่ใช้งานได้จริง ณ ปี 2015 ยังคงใช้งานอยู่ ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับภารกิจระยะยาว^{[ 59 ]} ใบเรือนี้กางออกโดยการหมุน โดยมีมวลที่ปลายอยู่ที่มุมของใบเรือรูปสี่เหลี่ยม ใบเรือทำจาก ฟิล์ม โพลีอิไมด์ บางๆ เคลือบด้วยอะลูมิเนียมที่ระเหยแล้ว ควบคุมทิศทางด้วย แผง ผลึกเหลว ที่ควบคุมด้วยไฟฟ้า ใบเรือจะหมุนช้าๆ และแผงเหล่านี้จะเปิดและปิดเพื่อควบคุมทิศทางของยาน เมื่อเปิด แผงเหล่านี้จะกระจายแสง ลดการถ่ายโอนโมเมนตัมไปยังส่วนนั้นของใบเรือ เมื่อปิด ใบเรือจะสะท้อนแสงมากขึ้น ถ่ายโอนโมเมนตัมมากขึ้น ด้วยวิธีนี้ ใบเรือจึงหมุน^{[ 60 ]}เซลล์แสงอาทิตย์ แบบฟิล์มบางยังถูกรวมเข้ากับใบเรือเพื่อจ่ายพลังงานให้กับยานอวกาศ การออกแบบมีความน่าเชื่อถือมาก เนื่องจากวิธีการกางออกโดยการหมุน ซึ่งเหมาะสำหรับใบเรือขนาดใหญ่ ช่วยลดความซับซ้อนของกลไกในการกางใบเรือ และแผง LCD ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว

ร่มชูชีพมีมวลน้อยมาก แต่ร่มชูชีพไม่ใช่โครงสร้างที่ใช้งานได้สำหรับใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างร่มชูชีพจะยุบตัวลงเนื่องจากแรงที่เกิดจากสายร่มชูชีพ เนื่องจากแรงดันรังสีไม่เหมือนกับแรงดันอากาศพลศาสตร์ และจะไม่ทำหน้าที่ในการทำให้ร่มชูชีพกางออก^{[ 61 ]}

โครงสร้างที่ประกอบบนพื้นดินซึ่งสามารถกางออกได้ซึ่งมีแรงขับต่อมวลสูงสุดนั้น มักจะเป็นใบเรือสี่เหลี่ยมที่มีเสาและ สาย ยึดอยู่ด้านมืดของใบเรือ โดยปกติจะมีเสา 4 ต้นที่กางออกตามมุมของใบเรือ และมีเสาอยู่ตรงกลางเพื่อยึดสายยึดข้อดีอย่างหนึ่งที่สำคัญที่สุดคือไม่มีจุดร้อนในระบบการติดตั้งเนื่องจากรอยย่นหรือการหย่อนคล้อย และใบเรือจะช่วยปกป้องโครงสร้างจากแสงแดด ดังนั้นรูปทรงนี้จึงสามารถเข้าใกล้ดวงอาทิตย์เพื่อให้ได้แรงขับสูงสุด การออกแบบส่วนใหญ่จะบังคับทิศทางด้วยใบเรือเคลื่อนที่ขนาดเล็กที่ปลายเสา^{[ 62 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1970 JPLได้ศึกษาใบพัดหมุนและวงแหวนหลายแบบสำหรับภารกิจในการเข้าใกล้ดาวหางฮัลเลย์จุดประสงค์คือการเสริมความแข็งแรงของโครงสร้างโดยใช้โมเมนตัมเชิงมุม ขจัดความจำเป็นในการใช้ค้ำยัน และประหยัดมวล ในทุกกรณี ความแข็งแรงในการรับแรงดึงจำนวนมากเป็นสิ่งจำเป็นอย่างน่าประหลาดใจเพื่อรับมือกับแรงกระทำแบบไดนามิก ใบพัดที่อ่อนแอกว่าจะเกิดการกระเพื่อมหรือแกว่งเมื่อทิศทางของใบพัดเปลี่ยนไป และการแกว่งจะสะสมและทำให้โครงสร้างเสียหาย ความแตกต่างของอัตราส่วนแรงขับต่อมวลระหว่างการออกแบบที่ใช้งานได้จริงนั้นแทบจะไม่มีเลย และการออกแบบแบบคงที่นั้นควบคุมได้ง่ายกว่า^{[ 62 ]}

การออกแบบอ้างอิงของ JPL เรียกว่า "เฮลิโอไจโร" โดยมีใบพัดฟิล์มพลาสติกที่กางออกจากลูกกลิ้งและยึดไว้ด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางขณะหมุน ทิศทางและการวางตัวของยานอวกาศจะถูกควบคุมโดยสมบูรณ์โดยการเปลี่ยนมุมของใบพัดในรูปแบบต่างๆ คล้ายกับการปรับมุมใบพัดแบบวงจรและแบบรวมของเฮลิคอปเตอร์แม้ว่าการออกแบบนี้จะไม่มีข้อได้เปรียบด้านมวลเหนือใบเรือสี่เหลี่ยม แต่ก็ยังคงน่าสนใจเพราะวิธีการกางใบเรือนั้นง่ายกว่าการออกแบบแบบใช้ค้ำยัน^{[ 62 ]} CubeSail (UltraSail)เป็นโครงการที่กำลังดำเนินการอยู่โดยมีเป้าหมายเพื่อกางใบเรือเฮลิโอไจโร

การออกแบบเฮลิโอไจโรนั้นคล้ายกับใบพัดของเฮลิคอปเตอร์ การออกแบบนี้ผลิตได้เร็วกว่าเนื่องจากใบพัดมีน้ำหนักเบาและแข็งแรงด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง นอกจากนี้ยังมีประสิทธิภาพสูงทั้งในด้านต้นทุนและความเร็วเนื่องจากใบพัดมีน้ำหนักเบาและยาว ต่างจากการออกแบบรูปทรงสี่เหลี่ยมและแผ่นดิสก์หมุน เฮลิโอไจโรนั้นง่ายต่อการใช้งานเนื่องจากใบพัดถูกบีบอัดไว้บนม้วน ใบพัดจะคลี่ออกเมื่อใช้งานหลังจากถูกดีดออกจากยานอวกาศ ขณะที่เฮลิโอไจโรเดินทางผ่านอวกาศ ระบบจะหมุนรอบตัวเองเนื่องจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง สุดท้ายแล้ว น้ำหนักบรรทุกสำหรับการบินอวกาศจะถูกวางไว้ที่จุดศูนย์ถ่วงเพื่อกระจายน้ำหนักให้สมดุลเพื่อให้การบินมีเสถียรภาพ^{[ 62 ]}

JPL ยังได้ทำการวิจัย "ใบเรือวงแหวน" (ใบเรือจานหมุนในแผนภาพด้านบน) ซึ่งเป็นแผงที่ติดอยู่กับขอบของยานอวกาศที่หมุนได้ แผงเหล่านี้จะมีช่องว่างเล็กน้อย ประมาณหนึ่งถึงห้าเปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ทั้งหมด เส้นจะเชื่อมต่อขอบของใบเรือด้านหนึ่งกับอีกด้านหนึ่ง มวลที่อยู่ตรงกลางของเส้นเหล่านี้จะดึงใบเรือให้ตึงต้านกับการเกิดกรวยที่เกิดจากแรงดันรังสี นักวิจัยของ JPL กล่าวว่านี่อาจเป็นการออกแบบใบเรือที่น่าสนใจสำหรับโครงสร้างขนาดใหญ่ที่มีลูกเรือ โดยเฉพาะอย่างยิ่งวงแหวนด้านในอาจถูกสร้างให้มีแรงโน้มถ่วงเทียมที่ใกล้เคียงกับแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวของดาวอังคาร^{[ 62 ]}

ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์สามารถทำหน้าที่สองอย่างได้ เช่น เป็นเสาอากาศที่มีกำลังขยายสูง^{[ 63 ]}การออกแบบแตกต่างกัน แต่ส่วนใหญ่จะปรับเปลี่ยน รูปแบบ การเคลือบโลหะเพื่อสร้างเลนส์หรือกระจกโฮโลแกรมสีเดียวในช่วงความถี่วิทยุที่สนใจ รวมถึงแสงที่มองเห็นได้^{[ 63 ]}

วัสดุที่ใช้กันทั่วไปในการออกแบบปัจจุบันคือชั้นเคลือบอะลูมิเนียมบางๆ บนแผ่นพอลิเมอร์ (พลาสติก) เช่น ฟิล์ม แคปตัน เคลือบอะลูมิเนียมหนา 2 ไมโครเมตร พอลิเมอร์ให้การรองรับทางกลและความยืดหยุ่น ในขณะที่ชั้นโลหะบางๆ ให้คุณสมบัติสะท้อนแสง วัสดุดังกล่าวทนต่อความร้อนจากการโคจรใกล้ดวงอาทิตย์และยังคงมีความแข็งแรงพอสมควร ฟิล์มสะท้อนแสงอะลูมิเนียมอยู่ด้านที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์ ใบเรือของยานคอสมอส 1ทำจากฟิล์ม PET เคลือบอะลูมิเนียม ( ไมลาร์ )

เอริค เดร็กซ์เลอร์พัฒนาแนวคิดสำหรับใบเรือที่นำพอลิเมอร์ออก^{[ 64 ]}เขาเสนอใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีแรงขับต่อมวลสูงมาก และสร้างต้นแบบของวัสดุใบเรือ ใบเรือของเขาจะใช้แผงฟิล์มอะลูมิเนียมบาง (หนา 30 ถึง 100 นาโนเมตร ) ที่รองรับโดย โครงสร้าง แรงดึงใบเรือจะหมุนและต้องอยู่ภายใต้แรงขับอย่างต่อเนื่อง เขาสร้างและจัดการตัวอย่างฟิล์มในห้องปฏิบัติการ แต่วัสดุนั้นบอบบางเกินกว่าจะทนต่อการพับ การปล่อย และการกางออก การออกแบบวางแผนที่จะพึ่งพาการผลิตแผงฟิล์มในอวกาศ โดยเชื่อมต่อเข้ากับโครงสร้างแรงดึงที่กางออกได้ ใบเรือในระดับนี้จะมีพื้นที่ต่อหน่วยมวลสูง และด้วยเหตุนี้จึงมีความเร่งสูงกว่าการออกแบบที่ใช้ฟิล์มพลาสติกที่กางออกได้ถึง "ห้าสิบเท่า" ^{[ 64 ]} วัสดุที่พัฒนาขึ้นสำหรับใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ของเดร็กซ์เลอร์คือฟิล์มอะลูมิเนียมบางที่มีความหนาพื้นฐาน 0.1 ไมโครเมตร ซึ่งจะผลิตโดยการตกตะกอนไอในระบบในอวกาศ เดร็กซ์เลอร์ใช้กระบวนการที่คล้ายกันในการเตรียมฟิล์มบนพื้นโลก ตามที่คาดไว้ ฟิล์มเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความแข็งแรงและความทนทานที่เพียงพอสำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการและการใช้งานในอวกาศ แต่ไม่เหมาะสมสำหรับการพับ การปล่อย และการใช้งานในอวกาศ

งานวิจัยของGeoffrey Landisในปี 1998–1999 ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากสถาบัน NASA Institute for Advanced Conceptsแสดงให้เห็นว่าวัสดุต่างๆ เช่นอลูมินาสำหรับใบเรือแสงเลเซอร์และคาร์บอนไฟเบอร์สำหรับใบเรือแสงที่ผลักดันด้วยไมโครเวฟนั้น มีคุณสมบัติเหนือกว่าวัสดุใบเรือแบบเดิมที่เป็นมาตรฐานอย่างอะลูมิเนียมหรือฟิล์มแคปตัน^{[ 65 ]}

ในปี พ.ศ. 2543 ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์พลังงานได้พัฒนา วัสดุ คาร์บอนไฟเบอร์ ชนิดใหม่ ที่อาจมีประโยชน์สำหรับใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์^{[ 66 ] [ 67 ]}วัสดุนี้มีความหนามากกว่าใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมถึง 200 เท่า แต่มีรูพรุนมากจนมีมวลเท่ากัน ความแข็งแกร่งและความทนทานของวัสดุนี้อาจทำให้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์มีความแข็งแรงกว่าฟิล์มพลาสติกอย่างมาก วัสดุนี้สามารถกางออกได้เองและควรทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นได้

มีการคาดการณ์เชิงทฤษฎีเกี่ยวกับการใช้ เทคนิค การผลิตระดับโมเลกุลเพื่อสร้างวัสดุผ้าใบเรือที่แข็งแรง น้ำหนักเบาเป็นพิเศษ และล้ำหน้า โดยอาศัย การทอแบบตาข่าย นาโนทิวบ์ซึ่ง "ช่องว่าง" ของการทอมีขนาดเล็กกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบผ้าใบเรือ แม้ว่าวัสดุดังกล่าวจะผลิตได้เฉพาะในห้องปฏิบัติการเท่านั้น และยังไม่มีวิธีการผลิตวัสดุดังกล่าวในระดับอุตสาหกรรม แต่คาดว่าวัสดุดังกล่าวจะมีมวลน้อยกว่า 0.1 กรัม/ตร.ม. ^{[ 68} ] ^{ทำให้มี}น้ำหนักเบากว่าวัสดุผ้าใบเรือในปัจจุบันอย่างน้อย 30 เท่า สำหรับการเปรียบเทียบวัสดุผ้าใบเรือไมลาร์ หนา 5 ไมโครเมตรมีมวล 7 กรัม ^{/ตร.ม. ฟิล์มแคป ตัน}เคลือบอะลูมิเนียมมีมวลมากถึง 12 กรัม/ตร.ม. ^[ 62 ^{] และ}วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ใหม่ของ Energy Science Laboratories มีมวล 3 กรัม/ ^{ตร.ม. [} 66 ^]

โลหะที่มีความหนาแน่นน้อยที่สุดคือลิเธียมซึ่งมีความหนาแน่นน้อยกว่าอะลูมิเนียมประมาณ 5 เท่า พื้นผิวที่สดใหม่และไม่ถูกออกซิไดซ์จะสะท้อนแสง ที่ความหนา 20 นาโนเมตร ลิเธียมมีความหนาแน่นต่อพื้นที่ 0.011 กรัม/ตร.ม. ^ใบเรือประสิทธิภาพสูงสามารถทำจากลิเธียมเพียงอย่างเดียวที่ความหนา 20 นาโนเมตร (ไม่มีชั้นเปล่งแสง) จะต้องผลิตในอวกาศและไม่ใช้เพื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ในกรณีสุดขีด ยานอวกาศที่ใช้ใบเรืออาจสร้างขึ้นโดยมีความหนาแน่นต่อพื้นที่รวมประมาณ 0.02 กรัม/ตร.ม. ^{ทำให้}มีค่าความเบา 67 และค่า_cประมาณ 400 มม./วินาที^² แมกนีเซียมและเบริลเลียมก็เป็นวัสดุที่มีศักยภาพสำหรับใบเรือประสิทธิภาพสูงเช่นกัน โลหะทั้ง 3 ชนิดนี้สามารถผสมกันได้และผสมกับอะลูมิเนียมได้^{[ 5 ]}

อะลูมิเนียมเป็นตัวเลือกที่นิยมใช้สำหรับชั้นสะท้อนแสง โดยทั่วไปมีความหนาอย่างน้อย 20 นาโนเมตร และมีค่าการสะท้อนแสง 0.88 ถึง 0.90 โครเมียมเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับชั้นเปล่งแสงบนด้านที่หันออกจากดวงอาทิตย์ สามารถให้ค่าการแผ่รังสีได้ 0.63 ถึง 0.73 สำหรับความหนาตั้งแต่ 5 ถึง 20 นาโนเมตรบนฟิล์มพลาสติก ค่าการแผ่รังสีที่ใช้งานได้นั้นเป็นค่าเชิงประจักษ์เนื่องจากผลกระทบของฟิล์มบางมีอิทธิพลเหนือกว่า ค่าการแผ่รังสีของวัสดุจำนวนมากไม่สามารถนำมาใช้ได้ในกรณีเหล่านี้เนื่องจากความหนาของวัสดุนั้นบางกว่าความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมามาก^{[ 69 ]}

ใบเรือถูกผลิตขึ้นบนโลกบนโต๊ะยาว โดยริบบิ้นจะถูกคลี่ออกและต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างใบเรือ วัสดุที่ใช้ทำใบเรือต้องมีน้ำหนักเบาที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เนื่องจากจะต้องใช้กระสวยอวกาศในการนำยานขึ้นสู่วงโคจร ดังนั้น ใบเรือเหล่านี้จึงถูกบรรจุ ปล่อย และกางออกในอวกาศ^{[ 70 ]}

ในอนาคต การผลิตอาจเกิดขึ้นในวงโคจรภายในโครงขนาดใหญ่ที่รองรับใบเรือ ซึ่งจะทำให้ใบเรือมีมวลน้อยลงและขจัดความเสี่ยงต่อความล้มเหลวในการกางออก

การควบคุมยานอวกาศด้วยแรงลมนั้นง่ายที่สุดในวงโคจรระหว่างดาวเคราะห์ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงระดับความสูงเกิดขึ้นในอัตราต่ำ สำหรับวิถีโคจรที่มุ่งออกไปด้านนอก เวกเตอร์แรงลมจะชี้ไปข้างหน้าของแนวเส้นดวงอาทิตย์ ซึ่งจะเพิ่มพลังงานวงโคจรและโมเมนตัมเชิงมุม ส่งผลให้ยานเคลื่อนที่ออกห่างจากดวงอาทิตย์ สำหรับวิถีโคจรที่มุ่งเข้าหาดวงอาทิตย์ เวกเตอร์แรงลมจะชี้ไปด้านหลังของแนวเส้นดวงอาทิตย์ ซึ่งจะลดพลังงานวงโคจรและโมเมนตัมเชิงมุม ส่งผลให้ยานเคลื่อนที่เข้าหาดวงอาทิตย์ ควรสังเกตว่ามีเพียงแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์เท่านั้นที่ดึงยานเข้าหาดวงอาทิตย์ ไม่มีกลไกใดที่คล้ายกับการแล่นเรือใบเพื่อต้านลม ในการเปลี่ยนความเอียงของวงโคจร เวกเตอร์แรงจะถูกหันออกจากระนาบของเวกเตอร์ความเร็ว

ในการโคจรรอบดาวเคราะห์หรือวัตถุอื่น ๆ ใบเรือจะถูกจัดวางในลักษณะที่เวกเตอร์แรงมีส่วนประกอบอยู่ในทิศทางเดียวกับเวกเตอร์ความเร็ว ไม่ว่าจะเป็นในทิศทางของการเคลื่อนที่สำหรับการโคจรแบบเกลียวออก หรือในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่สำหรับการโคจรแบบเกลียวเข้า

การเพิ่มประสิทธิภาพวิถีโคจรอาจต้องใช้ช่วงเวลาที่มีแรงขับลดลงหรือเป็นศูนย์ ซึ่งสามารถทำได้โดยการหมุนยานไปรอบเส้นดวงอาทิตย์โดยตั้งใบเรือไว้ที่มุมที่เหมาะสมเพื่อลดหรือขจัดแรงขับ^{[ 5 ]}

การโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์สามารถใช้เพิ่มพลังงานให้กับยานอวกาศได้ แรงดันรังสีที่เพิ่มขึ้นรวมกับประสิทธิภาพของการอยู่ในบริเวณแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์อย่างลึกซึ้ง จะช่วยเพิ่มพลังงานสำหรับการเดินทางไปยังระบบสุริยะชั้นนอกได้อย่างมาก วิธีการเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่เหมาะสมที่สุดคือการเพิ่มความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจรในขณะที่รักษาระดับพลังงานให้สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ระยะห่างในการเข้าใกล้ขั้นต่ำขึ้นอยู่กับมุมของใบเรือ คุณสมบัติทางความร้อนของใบเรือและโครงสร้างอื่นๆ ผลกระทบของน้ำหนักบรรทุกต่อโครงสร้าง และลักษณะทางแสงของใบเรือ (การสะท้อนแสงและการแผ่รังสี) การโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์อาจส่งผลให้คุณภาพทางแสงลดลงอย่างมาก อัตราการเลี้ยวที่จำเป็นอาจเพิ่มขึ้นอย่างมากสำหรับการโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ยานอวกาศที่ใช้ใบเรือซึ่งกำลังเดินทางไปยังดาวฤกษ์สามารถใช้การโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์เพื่อลดพลังงาน ซึ่งใช้ได้กับยานอวกาศที่ใช้ใบเรือในการเดินทางกลับจากระบบสุริยะชั้นนอกด้วยเช่นกัน

การโคจรเฉียงรอบดวงจันทร์มีประโยชน์อย่างมากต่อเส้นทางการเดินทางจากหรือมายังโลก โดยสามารถลดระยะเวลาการเดินทาง โดยเฉพาะในกรณีที่ยานอวกาศรับน้ำหนักมาก นอกจากนี้ การโคจรเฉียงรอบดวงจันทร์ยังสามารถใช้เพื่อหาทิศทางการเดินทางออกจากหรือมายังโลกที่เหมาะสมได้อีกด้วย

อาจใช้การแกว่งผ่านดาวเคราะห์ในลักษณะเดียวกับที่ทำกับยานอวกาศที่ลอยตัว แต่การจัดแนวที่ดีอาจไม่เกิดขึ้นเนื่องจากข้อกำหนดสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของวิถีโคจร^{[ 71 ]}

ตารางต่อไปนี้แสดงรายการแนวคิดตัวอย่างบางส่วนที่ใช้การขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์แบบลำแสงตามที่นักฟิสิกส์Robert L. Forward เสนอไว้ : ^{[ 72 ]}

• การช่วยเหลืออย่างต่อเนื่องที่ α Cen A และ B อาจทำให้ระยะเวลาในการเดินทางไปยังดาวทั้งสองดวงลดลงเหลือ 75 ปี
• Lightsail มีอัตราส่วนมวลต่อพื้นที่ผิว (σ _nom ) โดยประมาณอยู่ที่ 8.6×10 ⁻⁴กรัม m ⁻²สำหรับใบเรือระดับกราฟีนโดยประมาณ
• ^{พื้นที่ ของ}ใบเรือไฟ ประมาณ 10 ⁵ตร.ม. = (316 ตร.ม. ⁾
• ความเร็วถึง 37,300 กม. s ⁻¹ (12.5% ​​c) อ้างอิง: ^{[ 73 ]}

ในวงโคจรของโลก ยานอวกาศจะต้องปฏิบัติการที่ระดับความสูงที่ SRP สูงกว่าแรงต้าน เนื่องจากแรงต้านจะลดลงตามระดับความสูง ซึ่งหมายความว่ามีระดับความสูงปฏิบัติการขั้นต่ำ (โดยทั่วไปประมาณ 600 กม. แม้ว่าจะขึ้นอยู่กับกิจกรรมของดวงอาทิตย์และการใช้งานภารกิจเล็กน้อย) ^{[ 74 ]}

ยานอวกาศจะต้องปฏิบัติการในวงโคจรที่ความเร็วเชิงมุมสูงสุดของโครงสร้างเข้ากันได้กับคาบของวงโคจร ซึ่งเป็นการพิจารณาที่เกี่ยวข้องอย่างยิ่งในกรณีของวงโคจรแบบศูนย์กลางดาวเคราะห์ ซึ่งมักจะมีคาบที่สั้นกว่าวงโคจรแบบศูนย์กลางดวงอาทิตย์มาก ตัวอย่างเช่น ในกรณีของACS3โครงสร้างมีความเร็วเชิงมุมสูงสุด 0.5 °/s ^{[ 75 ]}ดังนั้นการออกแบบกลยุทธ์การควบคุมจะต้องไม่ทำให้การเปลี่ยนแปลงทิศทางเกินอัตรานี้

อุณหภูมิการทำงานของใบเรือขึ้นอยู่กับระยะห่างจากดวงอาทิตย์ มุมของใบเรือ การสะท้อนแสง และการแผ่รังสีด้านหน้าและด้านหลัง ใบเรือสามารถใช้งานได้เฉพาะเมื่ออุณหภูมิอยู่ในขีดจำกัดของวัสดุ โดยทั่วไป ใบเรือสามารถใช้งานได้ค่อนข้างใกล้กับดวงอาทิตย์ ประมาณ 0.25 AU หรือใกล้กว่านั้นหากได้รับการออกแบบอย่างระมัดระวังสำหรับสภาวะเหล่านั้น^{[ 5 ]}

ทั้ง ภารกิจ Mariner 10ซึ่งบินผ่านดาวพุธและดาวศุกร์และ ภารกิจ MESSENGERที่ไปยังดาวพุธ ต่างแสดงให้เห็นถึงการใช้แรงดันจากแสงอาทิตย์เป็นวิธีการควบคุม ทิศทาง เพื่อประหยัดเชื้อเพลิงสำหรับควบคุมทิศทาง

นอกจากนี้ ฮายาบูสะยังใช้แรงดันจากแสงอาทิตย์บนใบพัดพลังงานแสงอาทิตย์เป็นวิธีการควบคุมทิศทางเพื่อชดเชยล้อปฏิกิริยาและเครื่องยนต์ขับดันเคมี ที่ชำรุด

แผ่นรับแสงอาทิตย์ของ MTSAT-1R ( ดาวเทียมขนส่งอเนกประสงค์ ) ช่วยลดแรงบิดที่เกิดจากแรงดันของแสงอาทิตย์บนแผงโซลาร์เซลล์ แผ่นปรับสมดุลบนแผงโซลาร์เซลล์จะทำการปรับสมดุลแรงบิดเล็กน้อย

NASA ได้ทดสอบเทคโนโลยีการใช้งานบนใบเรือขนาดเล็กในห้องสุญญากาศสำเร็จแล้ว^{[ 76 ]}

ในปี พ.ศ. 2542 ได้มีการทดสอบการใช้งานใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์แบบเต็มรูปแบบบนพื้นดินที่ DLR/ESA ในเมืองโคโลญ^{[ 77 ]}

Cosmos 1ซึ่งเป็นโครงการร่วมระหว่างภาคเอกชน ได้แก่Planetary Society , Cosmos StudiosและRussian Academy of Scienceพยายามปล่อยยานต้นแบบขึ้นสู่วงโคจรย่อยในปี 2548 แต่ถูกทำลายเนื่องจากจรวดขัดข้อง

แผ่นพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 เมตร (SSP, solar sail sub payload, soraseiru sabupeiro-do ) ถูกปล่อยพร้อมกับASTRO-Fบน จรวด MVเมื่อวันที่ 21 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2549 และไปถึงวงโคจร มันถูกกางออกจากตัวจรวด แต่กางออกไม่สมบูรณ์^{[ 78 ]}

เมื่อวันที่ 9 สิงหาคม พ.ศ. 2547 ISAS ของญี่ปุ่น ประสบความสำเร็จในการปล่อยใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ต้นแบบสองใบจากจรวดสำรวจ ใบเรือรูปทรงคล้ายใบโคลเวอร์ถูกปล่อยที่ระดับความสูง 122 กิโลเมตร และใบเรือรูปทรงพัดถูกปล่อยที่ระดับความสูง 169 กิโลเมตร ใบเรือทั้งสองใช้ฟิล์มขนาด 7.5 ไมโครเมตรการทดลองนี้ทดสอบเฉพาะกลไกการปล่อย ไม่ใช่การขับเคลื่อน^{[ 79 ]}

เมื่อวันที่ 4 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2536 Znamya 2ซึ่งเป็นแผ่นสะท้อนแสงอะลูมิไนซ์ไมลาร์กว้าง 20 เมตร ได้ถูกปล่อยออกมาจาก สถานีอวกาศ Mir ของรัสเซียได้ สำเร็จ นับเป็นแผ่นสะท้อนแสงฟิล์มบางชนิดแรกที่ถูกปล่อยออกมาในอวกาศได้สำเร็จโดยใช้กลไกที่อาศัยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง^{[ 80 ]}แม้ว่าการปล่อยจะสำเร็จ แต่ก็ไม่สามารถสาธิตการขับเคลื่อนได้ การทดสอบครั้งที่สองในปี พ.ศ. 2542 Znamya 2.5ล้มเหลวในการปล่อยอย่างถูกต้อง

เมื่อวันที่ 21 พฤษภาคม 2553 องค์การสำรวจอวกาศแห่งญี่ปุ่น (JAXA) ได้ปล่อยยานอวกาศพลังงานแสงอาทิตย์ ระหว่างดาวเคราะห์ ลำแรกของโลก " IKAROS " (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun) ไปยังดาวศุกร์^{[ 81 ]}โดยใช้วิธีการขับเคลื่อนด้วยโฟตอนจากดวงอาทิตย์แบบใหม่^{[ 82 ]}นับเป็นยานอวกาศพลังงานแสงอาทิตย์ลำแรกที่ขับเคลื่อนด้วยแสงอาทิตย์อย่างสมบูรณ์^{[ 83 ] [ 84 ]}และเป็นยานอวกาศลำแรกที่ประสบความสำเร็จในการบินด้วยพลังงานแสงอาทิตย์^{[ 85 ]}

JAXA ประสบความสำเร็จในการทดสอบ IKAROS ในปี 2010 เป้าหมายคือการกางและควบคุมใบเรือ และเป็นครั้งแรกที่สามารถกำหนดการรบกวนวงโคจรเล็กน้อยที่เกิดจากแรงดันแสงได้ การกำหนดวงโคจรทำโดยยานสำรวจ AKATSUKI ที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่ง IKAROS แยกตัวออกมาหลังจากที่ทั้งสองถูกนำเข้าสู่วงโคจรการถ่ายโอนไปยังดาวศุกร์ ผลกระทบทั้งหมดตลอดการบินหกเดือนคือ 100 เมตร/วินาที^{[ 86 ]}

จนกระทั่งปี 2010 ยังไม่มีการใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์เป็นระบบขับเคลื่อนหลักในอวกาศอย่างประสบความสำเร็จ เมื่อวันที่ 21 พฤษภาคม 2010 องค์การสำรวจอวกาศแห่งญี่ปุ่น (JAXA) ได้ปล่อยยานอวกาศ IKAROS ซึ่งได้กางใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ทดลองขนาด 200 ตารางเมตรที่ทำจากโพลีอิไมด์เมื่อวันที่ 10 มิถุนายน^{[ 87 ] [ 88 ] [ 89 ] ใน}เดือนกรกฎาคม ขั้นตอนต่อไปสำหรับการสาธิตการเร่งความเร็วด้วยรังสีได้เริ่มต้นขึ้น เมื่อวันที่ 9 กรกฎาคม 2010 ได้มีการตรวจสอบแล้วว่า IKAROS ได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์และเริ่มเร่งความเร็วด้วยโฟตอนโดยการกำหนดวงโคจรของ IKAROS ด้วยระยะทางและอัตราการเปลี่ยนแปลงระยะทาง (RARR) ซึ่งคำนวณใหม่เพิ่มเติมจากข้อมูลความเร็วการเร่งความเร็วสัมพัทธภาพของ IKAROS ระหว่าง IKAROS กับโลกที่ได้มาตั้งแต่ก่อนที่จะมีการใช้ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์^{[ 90 ]}ข้อมูลแสดงให้เห็นว่า IKAROS ดูเหมือนจะแล่นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ตั้งแต่วันที่ 3 มิถุนายน เมื่อมันกางใบเรือ

IKAROS มีใบเรือสี่เหลี่ยมหมุนแนวทแยงขนาด 14×14 เมตร (196 ตารางเมตร⁾ทำจากแผ่นโพลีอิไมด์ หนา 7.5 ไมโครเมตร (0.0075 มิลลิเมตร) แผ่นโพลีอิไมด์มีมวลประมาณ 10 กรัมต่อตารางเมตร แผงโซลาร์เซลล์แบบฟิล์มบางถูกฝังอยู่ในใบเรือ แผง LCD จำนวน 8 แผงถูกฝังอยู่ในใบเรือ ซึ่งสามารถปรับค่าการสะท้อนแสงเพื่อควบคุมทิศทางได้^{[ 91 ] [ 92 ]} IKAROS ใช้เวลาเดินทางไปยังดาวศุกร์ 6 เดือน จากนั้นจึงเริ่มการเดินทาง 3 ปีไปยังด้านไกลของดวงอาทิตย์^{[ 93 ]}

ทีมจากศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลล์ ของนาซา (มาร์แชลล์) ร่วมกับทีมจากศูนย์วิจัยเอมส์ ของนาซา ได้พัฒนาภารกิจเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์ที่เรียกว่า NanoSail-D ซึ่งสูญหายไปในความล้มเหลวในการปล่อย จรวด Falcon 1เมื่อวันที่ 3 สิงหาคม 2551 ^{[ 94 ] [ 95 ]}รุ่นสำรองที่สองNanoSail-D2ซึ่งบางครั้งเรียกว่า NanoSail-D เฉยๆ^{[ 96 ]}ถูกปล่อยพร้อมกับFASTSATบนจรวดMinotaur IVเมื่อวันที่ 19 พฤศจิกายน 2553 กลายเป็นเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์ลำแรกของนาซาที่ถูกใช้งานในวงโคจรต่ำของโลก วัตถุประสงค์ของภารกิจคือการทดสอบเทคโนโลยีการใช้งานเรือใบ และรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับการใช้เรือใบพลังงานแสงอาทิตย์เป็นวิธีการ "แบบพาสซีฟ" ที่เรียบง่ายในการลดระดับวงโคจรของดาวเทียมที่หมดอายุการใช้งานและเศษซากอวกาศ^{[ 97 ]}โครงสร้างของ NanoSail-D ทำจากอะลูมิเนียมและพลาสติก โดยยานอวกาศมีมวลน้อยกว่า 10 ปอนด์ (4.5 กิโลกรัม) ใบเรือมีพื้นที่รับแสงประมาณ 100 ตารางฟุต (9.3 ตารางเมตร⁾หลังจากประสบปัญหาในการติดตั้งในช่วงแรก ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ก็ถูกติดตั้ง และในระหว่างภารกิจ 240 วัน มีรายงานว่าได้สร้าง "ข้อมูลมากมาย" เกี่ยวกับการใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ลดระดับวงโคจรแบบพาสซีฟ^{[ 98 ]}

NASAปล่อยหน่วย NanoSail-D ตัวที่สองที่บรรจุอยู่ภายในดาวเทียม FASTSAT บนยาน Minotaur IV เมื่อวันที่ 19 พฤศจิกายน 2010 กำหนดการปล่อยจากไมโครดาวเทียม FASTSAT คือวันที่ 6 ธันวาคม 2010 แต่การปล่อยเกิดขึ้นจริงในวันที่ 20 มกราคม 2011 ^{[ 99 ]}

เมื่อวันที่ 21 มิถุนายน พ.ศ. 2548 โครงการร่วมระหว่างPlanetary Society , Cosmos StudiosและRussian Academy of Science ได้ปล่อยต้นแบบเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์Cosmos 1 จากเรือดำน้ำในทะเลบาเรนท์แต่ จรวด Volnaล้มเหลว และยานอวกาศไม่สามารถขึ้นสู่วงโคจรได้ พวกเขาตั้งใจที่จะใช้เรือใบเพื่อค่อยๆ ยกยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรที่สูงขึ้นของโลกในระยะเวลาภารกิจหนึ่งเดือน ความพยายามในการปล่อยยานครั้งนี้จุดประกายความสนใจของสาธารณชน ตามที่ Louis Friedman กล่าวไว้^{[ 100 ]}แม้ว่าความพยายามในการปล่อย Cosmos 1 จะล้มเหลว แต่Planetary Societyก็ได้รับการยกย่องจากชุมชนอวกาศสำหรับความพยายามของพวกเขา และจุดประกายความสนใจในเทคโนโลยีเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์อีกครั้ง

ในวันเกิดครบรอบ 75 ปีของคาร์ล ซาแกน (9 พฤศจิกายน 2009) สมาคมดาวเคราะห์ได้ประกาศแผน^{[ 101 ]}ที่จะทำการพยายามอีกสามครั้ง โดยตั้งชื่อว่าLightSail-1 , -2และ -3 ^{[ 102 ]}การออกแบบใหม่นี้จะใช้ใบเรือไมลาร์ขนาด 32 ตารางเมตร^ซึ่งกางออกเป็นสี่ส่วนรูปสามเหลี่ยมเช่นเดียวกับ NanoSail-D ^{[ 102 ]}การกำหนดค่าการปล่อยเป็น แบบ CubeSat ขนาด 3U และในปี 2015 ได้มีการกำหนดให้เป็นน้ำหนักบรรทุกรองสำหรับการปล่อยในปี 2016 ในการปล่อยจรวดSpaceX Falcon Heavy ครั้งแรก ^{[ 103 ]}

" LightSail-1 " ถูกปล่อยเมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม 2558 ^{[ 104 ]}วัตถุประสงค์ของการทดสอบคือเพื่อให้สามารถตรวจสอบระบบของดาวเทียมได้อย่างครบถ้วนก่อน LightSail-2 วงโคจรการปล่อยไม่สูงพอที่จะหลุดพ้นจากแรงต้านของชั้นบรรยากาศโลกและแสดงให้เห็นถึงการแล่นเรือพลังงานแสงอาทิตย์อย่างแท้จริง

" LightSail-2 " ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 25 มิถุนายน 2019 และถูกส่งขึ้นไปโคจรในวงโคจรต่ำของโลกที่สูงขึ้นมาก ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ถูกกางออกเมื่อวันที่ 23 กรกฎาคม 2019 ^{[ 105 ]}และกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกเมื่อวันที่ 17 พฤศจิกายน 2022 LightSail-2 ได้แสดงให้เห็นถึงการขับเคลื่อนด้วยใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ได้สำเร็จ^{[ 106 ]}

ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อยใกล้โลก (NEA Scout) เป็นภารกิจที่พัฒนาร่วมกันโดยศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลล์ (MSFC) ของNASA และ ห้องปฏิบัติการเจ็ทโพรพัลชัน (JPL) ซึ่งประกอบด้วย ยานอวกาศ CubeSat ราคาประหยัดที่ควบคุมได้ และสามารถสำรวจดาวเคราะห์ น้อย ใกล้โลก (NEA) ได้^{[ 107 ]}จะต้องกางแขนขนาด 7 เมตร (23 ฟุต) จำนวน 4 แขน เพื่อกางใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์โพลีอิไมด์เคลือบอะลูมิเนียมขนาด 83 ตารางเมตร (890 ตารางฟุต) ^{[ 108 ] [ 109 ] [ 110 ] ใน}ปี 2015 NASA ประกาศว่าได้เลือก NEA Scout ให้เป็นหนึ่งในสัมภาระรองหลายรายการที่จะปล่อยขึ้นสู่อวกาศพร้อมกับArtemis 1 ซึ่งเป็นเที่ยวบินแรกของ ยานปล่อย จรวด SLSขนาดใหญ่ของ NASA ^{[ 111 ]}อย่างไรก็ตาม ยานลำนี้ถือว่าสูญหายเนื่องจากไม่สามารถติดต่อสื่อสารได้หลังจากปล่อยขึ้นสู่อวกาศไม่นานในปี 2022 ^{[ 112 ]}

ระบบเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์คอมโพสิตขั้นสูงของ NASA (ACS3) ^{[ 2 ]}เป็นการสาธิตเทคโนโลยีเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับยานอวกาศขนาดเล็กในอนาคต^{[ 113 ]}ได้รับการคัดเลือกในปี 2019 โดยโครงการ CubeSat Launch Initiative (CSLI) ของ NASA ให้ปล่อยขึ้นสู่อวกาศในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการELaNa ^{[ 114 ]}

ACS3 ประกอบด้วย ดาวเทียม CubeSat ขนาดเล็ก 12U (หน่วย) ^{[ 115 ]} (23 ซม. x 23 ซม. x 34 ซม.; 16 กก.) ที่กางใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์รูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 80 ตารางเมตร (860 ตารางฟุต) ซึ่งประกอบด้วย ฟิล์มโพ ลีเอทิลีนแนฟทาเลตเคลือบด้านหนึ่งด้วยอะลูมิเนียมเพื่อการสะท้อนแสง และอีกด้านหนึ่งเคลือบด้วยโครเมียม เพื่อเพิ่มการแผ่รังสีความร้อน ใบเรือนี้ยึดไว้ด้วยระบบกางแบบใหม่ซึ่งประกอบด้วย บูมโพลีเมอร์เสริมใยคาร์บอนยาว 7 เมตร (23 ฟุต) จำนวน 4 อันที่สามารถม้วนเก็บได้^{[ 116 ]}

ACS3 ถูกปล่อยเมื่อวันที่ 23 เมษายน 2567 ใน ภารกิจ Electron " Beginning Of The Swarm " ACS3 สามารถติดต่อกับสถานีภาคพื้นดินได้สำเร็จหลังจากการปล่อยในช่วงต้นเดือนพฤษภาคม^{[ 117 ]}ผู้ดำเนินการภารกิจยืนยันว่าใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ใช้งานได้สำเร็จเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม 2567 ^{[ 118 ] [ 119 ]}

เมื่อวันที่ 25 ตุลาคม พ.ศ. 2567 มีรายงานว่า "...แขนรองรับที่งอทำให้ (ACS3) สูญเสียทิศทางและหมุนอย่างควบคุมไม่ได้ในอวกาศ" ^{[ 3 ]}

ถึงแม้ว่า Cosmos 1 และ NanoSail-D (ขนาดประมาณ 23 ซม. x 23 ซม. x 34 ซม.) จะสูญหายไปเนื่องจากความล้มเหลวของระบบปล่อยจรวด แต่เหล่านักวิทยาศาสตร์และวิศวกรทั่วโลกยังคงมีกำลังใจและทำงานวิจัยเกี่ยวกับใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ต่อไป ในขณะที่การใช้งานโดยตรงส่วนใหญ่ที่สร้างขึ้นมาจนถึงปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่การใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์เป็นวิธีการขนส่งสินค้าที่มีราคาประหยัด นักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มกำลังศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์เป็นวิธีการขนส่งมนุษย์ เป้าหมายนี้มีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับการจัดการพื้นผิวขนาดใหญ่มาก (เช่น มากกว่า 1 ตารางกิโลเมตร⁾ในอวกาศและความก้าวหน้าในการผลิตใบเรือ การพัฒนาใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับการบินอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น

เรือใบสาธิตเทคโนโลยีที่ชื่อว่าSunjammerกำลังอยู่ในระหว่างการพัฒนาโดยมีจุดประสงค์เพื่อพิสูจน์ความเป็นไปได้และคุณค่าของเทคโนโลยีการเดินเรือ^{[ 120 ]} Sunjammerมีใบเรือรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส กว้างด้านละ 38 เมตร (125 ฟุต) ทำให้มีพื้นที่ใช้งานจริง 1,200 ตารางเมตร (13,000 ตารางฟุต) มันจะเดินทางจากจุด Lagrangian L1 ระหว่างดวงอาทิตย์และโลก _ซึ่ง อยู่ห่าง จากโลก 1.5 ล้านกิโลเมตร (930,000 ไมล์) ไปยังระยะทาง 3 ล้านกิโลเมตร (1.9 ล้านไมล์) ^{[ 121 ]}การสาธิตนี้คาดว่าจะปล่อยขึ้นสู่อวกาศด้วยจรวดFalcon 9ในเดือนมกราคม 2015 ^{[ 122 ]}มันจะเป็นสัมภาระรองที่ปล่อยออกมาหลังจากวาง ดาวเทียมภูมิอากาศ DSCOVRที่จุด L1 แล้ว^{[ 122 ]} NASA ได้ยกเลิกภารกิจในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2557 โดยอ้างถึงการขาดความเชื่อมั่นในความสามารถของL'Garde ผู้รับเหมาในการส่งมอบงาน ^{[ 123 ]}

OKEANOS (Outsized Kite-craft for Exploration and Astronautics in the Outer Solar System) เป็นแนวคิดภารกิจที่เสนอโดยJAXA ของญี่ปุ่นเพื่อสำรวจ ดาวเคราะห์ น้อยโทร จันของดาวพฤหัสบดีโดยใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์แบบไฮบริดในการขับเคลื่อน ใบเรือจะถูกคลุมด้วยแผงโซลาร์เซลล์ บางๆ เพื่อขับเคลื่อนเครื่องยนต์ไอออน การวิเคราะห์ตัวอย่างที่เก็บ รวบรวมในสถานที่จะดำเนินการโดยการสัมผัสโดยตรงหรือใช้ยานลงจอดที่บรรทุกเครื่องสเปกโทรเมตรมวลความละเอียดสูง ยานลงจอดและการนำตัวอย่างกลับมายังโลกเป็นตัวเลือกที่อยู่ระหว่างการศึกษา^{[ 124 ]}ยานสำรวจดาวเคราะห์น้อยโทรจันดาวพฤหัสบดี OKEANOS เป็นหนึ่งในผู้เข้ารอบสุดท้ายสำหรับ ภารกิจขนาดใหญ่ลำดับที่ 2 ของISAS ของญี่ปุ่น ที่จะเปิดตัวในช่วงปลายทศวรรษ 2020 อย่างไรก็ตาม ไม่ได้รับการคัดเลือก

ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2562 NASA ได้มอบ เงิน 400,000 ดอลลาร์สหรัฐให้แก่ทีม Solar Cruiserเพื่อทำการศึกษาแนวคิดภารกิจเป็นเวลาเก้าเดือน ยานอวกาศลำนี้จะมี ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ ^ขนาด 1,672 ตารางเมตร (18,000 ตารางฟุต) และจะโคจรรอบดวงอาทิตย์ในวงโคจรขั้วโลก ในขณะที่ เครื่องมือ โคโรนากราฟจะช่วยให้สามารถวัด โครงสร้าง สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์และความเร็วของการปล่อยมวลโคโรนาได้ พร้อมกัน ^{[ 125 ]}หากได้รับการคัดเลือกเพื่อพัฒนาต่อไป ยานอวกาศลำนี้จะถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี พ.ศ. 2568 อย่างไรก็ตามSolar Cruiserไม่ได้รับการอนุมัติให้ดำเนินการต่อไปในเฟส C ของวงจรการพัฒนา และถูกยกเลิกในเวลาต่อมา^{[ 126 ]}

ณ เดือนธันวาคม 2013 องค์การอวกาศยุโรป (ESA) ได้เสนอใบเรือลดระดับวงโคจรชื่อ " Gossamer " ซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อเร่งการลดระดับวงโคจรของดาวเทียมเทียมขนาดเล็ก (น้อยกว่า 700 กิโลกรัม (1,500 ปอนด์)) จากวงโคจรต่ำของโลกมวลในการปล่อยคือ 2 กิโลกรัม (4.4 ปอนด์) โดยมีปริมาตรในการปล่อยเพียง 15×15×25 เซนติเมตร (0.49×0.49×0.82 ฟุต) เมื่อกางออก ใบเรือจะขยายเป็น 5 x 5 เมตร (16 x 16 ฟุต) และจะใช้แรงดันจากแสงอาทิตย์บนใบเรือและแรงต้านอากาศที่เพิ่มขึ้นเพื่อเร่งการกลับเข้าสู่ชั้น บรรยากาศของ ดาวเทียม^{[ 50 ]}

โครงการ Breakthrough Starshot ที่ได้รับเงินทุนสนับสนุนอย่างดี ซึ่งประกาศในปี 2016 มีเป้าหมายที่จะสร้างยานนาโนแบบใช้ใบเรือแสงจำนวน 1,000 ลำที่บรรทุกกล้องขนาดเล็ก และขับเคลื่อนพวกมันด้วยเลเซอร์จากภาคพื้นดินไปยังดาวอัลฟาเซนทอรีด้วยความเร็ว 20% ของความเร็วแสง ซึ่งเป็นการเดินทาง 20 ปี^{[ 127 ] [ 128 ] [ 129 ]}ในปี 2025 มีรายงานว่าไม่มีแผนที่จะดำเนินโครงการนี้ต่อไป^{[ 130 ]}

คอร์ดไวเนอร์ สมิธได้บรรยายถึงยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ในหนังสือ "The Lady Who Sailed The Soul" ซึ่งตีพิมพ์ครั้งแรกในเดือนเมษายน ปี 1960

แจ็ค แวนซ์เขียนเรื่องสั้นเกี่ยวกับภารกิจฝึกอบรมบนยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ในหนังสือ "Sail 25" ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1961

Arthur C. ClarkeและPoul Anderson (เขียนในนาม Winston P. Sanders) ตีพิมพ์เรื่องสั้นที่มีเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์โดยอิสระ โดยทั้งสองเรื่องมีชื่อเรื่องว่า "Sunjammer" ในปี 1964 Clarke เปลี่ยนชื่อเรื่องของเขา "The Wind from the Sun" เมื่อมีการพิมพ์ซ้ำ เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสน^{[ 131 ]}

ใน นวนิยายเรื่อง The Mote in God's Eyeของแลร์รี นิเวนและเจอร์รี เพอร์เนลล์ ที่ตี พิมพ์ในปี 1974 มนุษย์ต่างดาวถูกค้นพบเมื่อยานสำรวจที่ขับเคลื่อนด้วยใบเรือเลเซอร์ของพวกมันรุกล้ำเข้ามาในห้วงอวกาศของมนุษย์

เทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกันนี้เป็นธีมหลักในตอน " Explorers " ของ ซีรีส์ Star Trek: Deep Space Nineในตอนนี้ ยานแสง (Lightships) ถูกอธิบายว่าเป็นเทคโนโลยีโบราณที่ชาวบาโจแรน ใช้ เดินทางออกไปนอกระบบสุริยะของตน โดยใช้แสงจากดวงอาทิตย์ของบาโจแรนและใบเรือที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษเพื่อขับเคลื่อนพวกเขาไปในอวกาศ ( "Explorers". Star Trek: Deep Space Nine . Season 3. Episode 22.)). ^{[ 132 ]}

ในภาพยนตร์Star Wars ปี 2002 เรื่อง Attack of the Clonesตัวร้ายหลักอย่างเคานต์ดูคูถูกพบว่าใช้ยานอวกาศที่มีใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์^{[ 133 ]}

ในภาพยนตร์แอนิเมชั่นเรื่องTreasure Planet ปี 2002 เรือในเรื่องใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ในการขับเคลื่อนตัวเอง แม้ว่าดูเหมือนจะใช้เครื่องยนต์ขับดันช่วยเสริม และมีลักษณะคล้ายเรือใบมากกว่ายานอวกาศก็ตาม

ในภาพยนตร์เรื่องAvatar ปี 2009 ยานอวกาศ ISV Venture Starซึ่งพาตัวเอกเจค ซัลลีไปยังระบบดาวอัลฟาเซนทอรีใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์เป็นระบบขับเคลื่อนเพื่อเร่งความเร็วของยานออกจากโลกไปยังดาวอัลฟาเซนทอรี

ในซีซั่นที่สามของซีรีส์ประวัติศาสตร์ทางเลือก เรื่อง For All Mankind ทาง Apple TV+ยานอวกาศ Sojourner 1 ของ NASA ซึ่งเป็นเรื่องสมมติ ได้ใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อเพิ่มแรงขับเคลื่อนในการเดินทางไปยังดาวอังคาร

ในซีรีส์Pantheon ปี 2022 มีการใช้เรือใบพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อส่งโครงการ SafeSurf ไปยังดาวอัลฟาเซนทอรี

ในตอนสุดท้ายของซีซั่นแรกของซีรีส์ทาง Netflix ปี 2024 เรื่อง 3 Body Problemหนึ่งในตัวเอก วิล ดาวนิง ได้ ส่งสมองที่ถูกแช่แข็ง ด้วยวิธีไครโอ เจนิ กขึ้นไปในอวกาศมุ่งหน้าไปยังยานอวกาศของชาวไทรโซลาเรียนที่กำลังเข้ามา โดยใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์และระบบขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์เพื่อเร่งความเร็วให้ถึงเศษส่วนของความเร็วแสง

• สิ่งมีชีวิตนอกโลก: สัญญาณแรกของสิ่งมีชีวิตทรงปัญญาที่อยู่นอกโลก  – หนังสือปี 2021 โดย อาวี โลบ
• แรงยกเชิงแสง  – แรงยกที่เกิดจากแสง
• ปรากฏการณ์พอยน์ติง-โรเบิร์ตสัน  – กระบวนการที่รังสีจากดวงอาทิตย์ทำให้ฝุ่นละอองที่โคจรอยู่สูญเสียโมเมนตัมเชิงมุม
• เทคโนซิกเนเจอร์  – อสังหาริมทรัพย์ที่แสดงหลักฐานทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการมีอยู่ของเทคโนโลยี
• ปรากฏการณ์ยาร์คอฟสกี  – แรงที่กระทำต่อวัตถุท้องฟ้าที่หมุนอยู่ เนื่องจากการแผ่รังสีความร้อนที่ไม่สมมาตร

• G. Vulpetti, Fast Solar Sailing: Astrodynamics of Special Sailcraft Trajectories , Space Technology Library Vol. 30, Springer, สิงหาคม 2012, (ปกแข็ง) https://www.springer.com/engineering/mechanical+engineering/book/978-94-007-4776-0 , (ฉบับ Kindle), ASIN: B00A9YGY4I
• G. Vulpetti, L. Johnson, GL Matloff, Solar Sails: A Novel Approach to Interplanetary Flight , Springer, สิงหาคม 2015, ISBN 978-1-4939-0940-7
• JL Wright, Space Sailing , Gordon and Breach Science Publishers, London, 1992; Wright มีส่วนร่วมในความพยายามของ JPL ในการใช้เรือใบพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อเข้าใกล้ดาวหางฮัลเลย์
• NASA/CR 2002-211730 บทที่ 4 — นำเสนอวิถีการหลบหนีที่เหมาะสมที่สุดผ่านโหมดการแล่นเรือแบบ H-reversal
• G. Vulpetti, แนวคิดการแบ่งเรือใบ, JBIS , เล่มที่ 59, หน้า 48–53, กุมภาพันธ์ 2549
• GL Matloff, ยานสำรวจอวกาศห้วงลึก: สู่ระบบสุริยะชั้นนอกและไกลออกไป , ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2, Springer-Praxis, สหราชอาณาจักร, 2005, ISBN 978-3-540-24772-2
• T. Taylor, D. Robinson, T. Moton, TC Powell, G. Matloff และ J. Hall, "การบูรณาการและการวิเคราะห์ระบบขับเคลื่อนด้วยใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ (สำหรับช่วงเวลาต่อสัญญา)", รายงานฉบับสุดท้ายสำหรับ NASA/MSFC, สัญญาเลขที่ H-35191D ช่วงเวลาต่อสัญญา, Teledyne Brown Engineering Inc., Huntsville, AL, 11 พฤษภาคม 2547
• G. Vulpetti, "ตัวเลือกวิถีโคจรของยานอวกาศสำหรับยานสำรวจอวกาศระหว่างดวงดาว: ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์และผลลัพธ์เชิงตัวเลข", บทที่ 4 ของ NASA/CR-2002-211730, ยานสำรวจอวกาศระหว่างดวงดาว (ISP): วิถีโคจรก่อนจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดและการประยุกต์ใช้โฮโลแกรม , มิถุนายน 2002
• G. Vulpetti, ภารกิจสำรวจเลนส์แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์โดยใช้เรือใบ, STAIF-2000, อัลบูเคอร์คี (นิวเม็กซิโก สหรัฐอเมริกา), 30 มกราคม – 3 กุมภาพันธ์ 2000
• G. Vulpetti, "วิถีโคจรย้อนกลับ H แบบ 3 มิติทั่วไปสำหรับเรือใบความเร็วสูง", Acta Astronautica , เล่มที่ 44, ฉบับที่ 1, หน้า 67–73, 1999
• ซี.อาร์. แมคอินเนส, การเดินเรือด้วยพลังงานแสงอาทิตย์: เทคโนโลยี พลศาสตร์ และการประยุกต์ใช้ในภารกิจ , สำนักพิมพ์สปริงเกอร์-แพรกซิส จำกัด, ชิเชสเตอร์ สหราชอาณาจักร, 1999, ISBN 978-3-540-21062-7
• Genta, G. และ Brusa, E., "โครงการ AURORA: รูปแบบการแล่นเรือใหม่", Acta Astronautica , 44, หมายเลข 2–4, หน้า 141–146 (1999)
• S. Scaglione และ G. Vulpetti, "โครงการออโรร่า: การกำจัดวัสดุพลาสติกเพื่อสร้างใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่เป็นโลหะทั้งหมด", ฉบับพิเศษของActa Astronautica , เล่มที่ 44, ฉบับที่ 2–4, หน้า 147–150, 1999
• Fu, Bo; Sperber, Evan; Eke, Fidelis (2016). "เทคโนโลยีเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์—การทบทวนสถานะปัจจุบัน". Progress in Aerospace Sciences . 86 : 1– 19. Bibcode : 2016PrAeS..86....1F . doi : 10.1016/j.paerosci.2016.07.001 .
• กง เซิงผิง; แมคโดนัลด์ มัลคอล์ม (2019). "บทวิจารณ์เทคโนโลยีเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์". ดาราศาสตร์พลศาสตร์ 3 ( 2): 93– 125. รหัสบรรณานุกรม : 2019AsDyn...3...93G . doi : 10.1007/s42064-019-0038-x .
• Zhao, Pengyuan; Wu, Chenchen; Li, Yangmin (2023). "การออกแบบและการประยุกต์ใช้เรือใบพลังงานแสงอาทิตย์: บททบทวนเทคโนโลยีสำคัญ"วารสารการบินของจีน 36 ( 5): 125– 144. Bibcode : 2023ChJAn..36e.125Z . doi : 10.1016/j.cja.2022.11.002 . hdl : 10397/102365 .

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์

• "การเบี่ยงเบนดาวเคราะห์น้อย"โดย Gregory L. Matloff, IEEE Spectrum,เมษายน 2555
• โครงการแล่นเรือพลังงานแสงอาทิตย์ของ Planetary Society
• เรือใบพลังงานแสงอาทิตย์ก้าวสู่ยุคใหม่โดย เกรกอรี แอล. แมทลอฟฟ์
• เว็บไซต์ภารกิจของ NASA สำหรับ NanoSail-D ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 7 กรกฎาคม 2551 ที่Wayback Machine
• ภารกิจ NanoSail-D : ดานา โคลเตอร์, "นาซาจะพยายามติดตั้งใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ครั้งประวัติศาสตร์" , นาซา, 28 มิถุนายน 2551
• เส้นทางสู่ห้วงอวกาศอันไกลโพ้น: ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์(เก็บถาวรเมื่อ 17 ตุลาคม 2549 ที่Wayback Machineจาก NASA)
• Solar Sails:แหล่งรวบรวมข้อมูลและเอกสารอ้างอิงเกี่ยวกับเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์อย่างครบถ้วน จัดทำโดยเบนจามิน ไดดริชมีแผนภาพที่ดีแสดงวิธีการแล่นเรือแบบเบาของเรือใบ
• เว็บไซต์ U3Pหลายภาษา พร้อมข่าวสารและโปรแกรมจำลองการบิน
• ISAS ได้ติดตั้งแผ่นฟิล์มพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศแล้ว
• ข้อเสนอแนะเกี่ยวกับเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีระบบม้วนเก็บใบเรือ ระบบขับเคลื่อนแบบไฮบริด และสถานีเชื่อมต่อและบรรทุกสัมภาระส่วนกลาง
• บทสัมภาษณ์กับ JPL ของ NASA เกี่ยวกับเทคโนโลยีและภารกิจด้านเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์
• เว็บไซต์ที่มีไฟล์ PDF ทางเทคนิคเกี่ยวกับเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์ รวมถึงรายงานของ NASA และเอกสารบรรยายจากคณะวิศวกรรมการบินและอวกาศ มหาวิทยาลัยโรม
• แนวคิดขั้นสูงสำหรับเรือใบแสงที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์และเลเซอร์
• Andrews, DG (2003). "การขนส่งระหว่างดวงดาวโดยใช้ฟิสิกส์ในปัจจุบัน" (PDF) . เอกสาร AIAA 2003-4691 . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อ 11 มีนาคม 2006
• www.aibep.org: เว็บไซต์อย่างเป็นทางการของสถาบันพลังงานลำแสงเพื่อการขับเคลื่อนแห่งอเมริกา (American Institute of Beamed Energy Propulsion)
• แนวคิด การดำเนินงาน และประวัติความเป็นมาของเรือใบอวกาศ
• เว็บไซต์ของ Bernd Dachwaldให้ข้อมูลอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับการขับเคลื่อนด้วยใบเรือและภารกิจต่างๆ