La voile solaire est une forme proposée de propulsion spatiale qui utilise la pression des photons du soleil pour fournir une poussée. Les photons sont réfléchis par un miroir attaché à une charge utile, transmettant l’élan et permettant à la voile et à la charge utile qui l’accompagne d’accélérer. Parce que la pression photonique est assez faible comparée, par exemple, à la poussée produite par une fusée chimique, les voiles solaires viables doivent être très grandes et légères. Un modèle étudié par la NASA aurait une largeur d’environ un demi-kilomètre (31 mille). Les matériaux de construction proposés comprennent des films de mylar et de polyimide, de l’aluminium et un nouveau type de fibre de carbone.
Les conceptions qui produisent le rapport poussée/masse le plus élevé ont été développées par l’étudiant du MIT Eric Drexler dans sa thèse de maîtrise. (Drexler est principalement connu comme le père du domaine de la nanotechnologie.) Utilisant des films d’aluminium d’environ 30 à 100 nanomètres d’épaisseur, les conceptions de Drexler offriraient des valeurs de poussée par mètre carré environ 10 fois plus élevées que la plupart des conceptions proposées, qui utilisent des plastiques. La clé pour réaliser la conception de Drexler serait des installations de fabrication spatiales. Les films pour voiles solaires sont trop délicats pour être pliés, lancés et déployés.
Aucun vaisseau spatial n’a encore été construit qui utilise des voiles solaires comme principale méthode de propulsion, bien que la pression photonique ait été utilisée pour apporter de petits changements aux trajectoires des sondes spatiales. Cependant, en 2004, l’agence aérospatiale japonaise, ISAS, a déployé avec succès 2 prototypes de voile solaire en orbite terrestre basse. En 2005, un projet privé conjoint entre Planetary Society, Cosmos Studios et l’Académie des sciences de Russie, a lancé Cosmos 1, le premier vaisseau spatial à voile solaire au monde. En raison de la nature non conventionnelle de la propulsion solaire à voile, les grandes agences gouvernementales ont été réticentes à y investir, laissant le développement sur le terrain à des entités privées.
Les voiles solaires seraient idéales pour une utilisation dans le système solaire, où les rayons du soleil sont les plus intenses. Pour les missions en dehors du système solaire, des miroirs de la taille d’une planète devraient être utilisés pour concentrer l’énergie lumineuse précisément sur les voiles solaires. Bien qu’il s’agisse d’une tâche d’ingénierie massive, cela pourrait un jour s’avérer être le moyen le plus simple d’accélérer un vaisseau spatial à une fraction substantielle de la vitesse de la lumière. Des voiles solaires bien conçues pourraient se déplacer dans des directions autres que directement éloignées du soleil, en inclinant la voile à un angle approprié. Pour améliorer la vitesse des voiles solaires, la voile solaire peinte a été proposée, une voile hypothétique qui serait enduite de produits chimiques conçus pour se vaporiser tout au long du voyage du vaisseau spatial, fournissant ainsi une poussée supplémentaire.