La vela solare è una forma proposta di propulsione spaziale che utilizza la pressione dei fotoni del sole per fornire spinta. I fotoni riflettono da uno specchio attaccato a un carico utile, trasmettendo il momento e consentendo alla vela e al carico utile che lo accompagna di accelerare. Poiché la pressione fotonica è piuttosto piccola rispetto, ad esempio, alla spinta prodotta da un razzo chimico, le vele solari vitali devono essere molto grandi e leggere. Un progetto studiato dalla NASA sarebbe largo circa mezzo chilometro (31 miglia). I materiali da costruzione proposti includono film in mylar e poliimmide, alluminio e un nuovo tipo di fibra di carbonio.
I progetti che producono il più alto rapporto spinta-massa sono stati sviluppati dallo studente del MIT Eric Drexler nella sua tesi di master. (Drexler è principalmente conosciuto come il padre del campo della nanotecnologia.) Impiegando film di alluminio di circa 30-100 nanometri di spessore, i progetti di Drexler offrirebbero valori di spinta per metro quadrato circa 10 volte superiori rispetto alla maggior parte dei progetti proposti, che impiegano la plastica. La chiave per realizzare il design di Drexler sarebbero gli impianti di produzione nello spazio. I film per le vele solari sono troppo delicati per essere piegati, lanciati e dispiegati.
Non è stata ancora costruita alcuna navicella spaziale che utilizzi le vele solari come metodo principale di propulsione, sebbene la pressione fotonica sia stata utilizzata per apportare piccole modifiche ai percorsi delle sonde spaziali. Tuttavia, nel 2004, l’agenzia aerospaziale giapponese, ISAS, ha dispiegato con successo 2 prototipi di vela solare in orbita terrestre bassa. Nel 2005, un progetto privato congiunto tra Planetary Society, Cosmos Studios e l’Accademia Russa delle Scienze, ha lanciato Cosmos 1, la prima astronave a vela solare al mondo. A causa della natura non convenzionale della propulsione a vela solare, le grandi agenzie governative sono state riluttanti a investire in essa, lasciando lo sviluppo sul campo a soggetti privati.
Le vele solari sarebbero l’ideale per l’uso nel sistema solare, dove i raggi del sole sono più intensi. Per le missioni al di fuori del sistema solare, dovrebbero essere utilizzati specchi delle dimensioni di un pianeta per concentrare l’energia luminosa proprio sulle vele solari. Sebbene sia un enorme compito ingegneristico, questo potrebbe un giorno rivelarsi il modo più semplice per accelerare un veicolo spaziale a una frazione sostanziale della velocità della luce. Le vele solari ben progettate potrebbero viaggiare in direzioni diverse dal sole, inclinando la vela con un angolo appropriato. Per migliorare la velocità delle vele solari, è stata proposta la vela solare verniciata, un’ipotetica vela che sarebbe rivestita di sostanze chimiche progettate per vaporizzare durante il viaggio del veicolo spaziale, fornendo così una spinta aggiuntiva.