As naves espaciais historicamente dependem do transporte de seu próprio combustível, um recurso pesado e limitado que restringe por quanto tempo uma missão pode manobrar uma vez em órbita. Por muito tempo, cientistas questionaram se havia uma opção mais ambientalmente amigável que pudesse usar a energia já presente no espaço em vez de consumir um tanque finito. Antes da NASA realizar finalmente um teste minucioso em órbita baixa da Terra, o conceito de navegar usando a própria luz do sol existia na teoria há décadas. Um pequeno e humilde satélite chamado NanoSail-D2 tornou esse experimento possível, construído por meio de uma colaboração entre o Centro Espacial Marshall da NASA e o Centro de Pesquisa Ames. Era uma nave espacial que, quando dobrada para lançamento, era quase tão grande quanto um pão, mas carregava uma vela solar que poderia se desdobrar em muitas vezes o tamanho de seu recipiente. Em 20 de janeiro de 2011, a NASA informou que engenheiros confirmaram que a vela havia sido implantada com sucesso, marcando o primeiro lançamento bem-sucedido de uma vela solar da NASA em órbita baixa da Terra. Sem motor algum, apenas uma folha de material refletivo. Desdobrada, a vela expandiu-se para cerca de 100 pés quadrados, aproximadamente o tamanho de um pequeno quarto, e era feita de um polímero refletivo ultrafino e leve, segundo a NASA. O NanoSail-D2 não possuía nenhum mecanismo de propulsão, ao contrário de um satélite típico. Em vez disso, ele dependia do empurrão suave e contínuo da radiação solar, com fótons da luz do sol colidindo com sua superfície refletora. Sua grande área superficial também capturava mais arrasto das tênues faíscas de atmosfera que ainda se agarravam a altitudes orbitais baixas — um efeito separado que seria importante para o segundo ato da missão. Essa combinação tornou a vela útil para algo além de apenas estabelecer o conceito. Um satélite com uma superfície larga e plana é substancialmente mais suscetível ao arrasto atmosférico, que reduzirá progressivamente sua velocidade e fará com que ele reentre muito antes do que normalmente se desintegraria por conta própria. Em vez de deixá-los flutuar por décadas, os planejadores da missão estão estudando se esse fenômeno pode ser usado como uma maneira barata e sem combustível para limpar órbitas congestionadas de satélites envelhecidos e detritos assim que eles chegarem ao fim de suas vidas funcionais. Observar uma vela flutuando silenciosamente acima. O NanoSail D2 deveria ter sido implantado a partir de seu satélite hospedeiro, FASTSAT, em dezembro de 2010, mas o mecanismo de liberação não disparou, deixando a pequena nave espacial no lugar por semanas. De acordo com a NASA, ele se ejetou no meio de janeiro de 2011 e lançou seu vela com sucesso alguns dias depois. A NASA Science afirma que a vela era visível do solo como um ponto de luz brilhante e em rápida movimentação, e a NASA até realizou um concurso público de fotografia incentivando observadores do céu a tirar fotografias dele passando. Em vez de durar de 70 a 120 dias como os engenheiros originalmente projetaram, a vela permaneceu em órbita por um total de 240 dias, performando muito além das expectativas antes de se consumir durante a reentrada em setembro de 2011. Revisões técnicas independentes publicadas posteriormente pelo eoPortal destacaram que a vida prolongada deu aos pesquisadores substancialmente mais dados orbitais do que o esperado, ajudando a revisar projeções sobre como velas comparáveis performariam em futuras missões. Uma folha fina com implicações significativas: A viagem do NanoSail D2 foi modesta pelos padrões da maioria das missões da NASA, custando pouco comparado a um programa típico de satélite, e envolveu uma espaçonave pequena o suficiente para ser segurada com duas mãos antes do lançamento. Mas foi uma premissa operacional que guiou diversos projetos de vela solar desde então, incluindo missões projetadas especificamente para ir mais longe usando apenas a luz solar para propulsão. Uma folha de material refletivo, pouco mais espessa que filme plástico de cozinha, mostrou que deixar o tanque de combustível para trás era teoricamente viável e poderia ser construído e voado com um orçamento modesto.
