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Demuestran la viabilidad de una nave que nos lleve a otros planetas en horas
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Demuestran la viabilidad de una nave que nos lleve a otros planetas en horas

Científicos han estudiado cómo hacer viables y más económicas las teóricas naves espaciales propulsadas por rayos laser que son capaces de llegar a Alfa Centauri en solo 20 años

Foto: Ilustración de una vela espacial ultraligera y ultrarápida. (NASA)
Ilustración de una vela espacial ultraligera y ultrarápida. (NASA)

Avi Loeb hablaba en su última columna de lo importante que es para el futuro de la especie humana que seamos capaces de crear naves espaciales más rápidas que nos permitan salir del sistema solar y alcanzar otros planetas. La actual tecnología de propulsión de cohetes es demasiado lenta como para poder hacerlo en un tiempo razonable y, aunque ya se están proponiendo soluciones más rápidas, solo algunos de los motores que se han planteado a nivel teórico podrían conseguirlo. Un grupo de investigadores ha estimado la viabilidad, tanto económica como tecnológica, de crear un modelo de propulsión que tiene el potencial de llevarnos a Alpha Centauri —el sistema de estrellas más próximo a la Tierra situado a 40 billones de kilómetros— en solo 20 años.

Foto: Ilustración de un concepto de nave de vela solar impulsada por la luz de una supernova.

La tecnología de propulsión de los cohetes espaciales no ha cambiado demasiado en los últimos 80 años. Su velocidad tampoco. Y aunque ahora tenemos nuevas naves espaciales como el Starship de SpaceX que tienen un tamaño mucho más grande, sus sistemas de propulsión basados en la combustión siguen siendo lentos.

“La energía química liberada a través de la formación y ruptura de enlaces químicos constituye la base de todo lanzamiento espacial que ha salido de la Tierra”, escriben Philip Lubin y Alexander N. Cohen, investigadores de la Universidad de California Santa Bárbara (UCSB), en una publicación titulada ‘La economía del vuelo interestelar'. “La energía disponible en los enlaces químicos es muy pequeña comparada con la energía relativista de la masa en reposo de la sustancia química utilizada”.

placeholder Concepto de propulsión por rayo creado por Steve Bowers
Concepto de propulsión por rayo creado por Steve Bowers

Los autores de este estudio aseguran que si se convirtiera toda la masa que compone el universo en combustible químico y se utilizara para acelerar un simple protón, la velocidad que se conseguiría estaría entre los 300 y los 600 kilómetros por segundo. Esto, según dicen, sería solo una pequeña fracción de la velocidad de la luz, en concreto un 0,3 por ciento.

Necesitamos nuevos propulsores

Para conseguir velocidades relativistas —velocidades que representan un porcentaje significativo de la velocidad de la luz— necesitamos dejar atrás los motores de combustión actuales y pensar en otros métodos capaces de una mayor eficiencia.

placeholder Visualización de la nave espacial que puede alcanzar un 20% de la velocidad de la luz usando velas solares. (Project Breakthrough Starshot)
Visualización de la nave espacial que puede alcanzar un 20% de la velocidad de la luz usando velas solares. (Project Breakthrough Starshot)

“Viajar y explorar sistemas estelares cercanos requiere un cambio radical tanto en los sistemas de propulsión como en el diseño de las naves espaciales”, dicen los investigadores. “La capacidad de alcanzar las velocidades requeridas se está convirtiendo en una posibilidad gracias a los recientes avances en los sistemas de energía dirigida que nos permiten eliminar el sistema de propulsión y su masa asociada de la nave espacial”.

Foto: Ilustración de cómo podría ser una nave espacial de este tipo. (NASA)

La idea de los propulsores de energía fotónica emitida no es nueva. En 1985, el físico Robert L. Forward creó un diseño teórico de una vela solar que podía recoger la energía que le llegaba de un rayo láser. Los investigadores de la UCSB se han centrado en un concepto similar creado por el propio Lubin que se llama DEEP-IN o Propulsión de Energía Dirigida para la Exploración Interestelar que utiliza la energía fotónica emitida por una fuente externa a la nave, un potentísimo láser, para conseguir la aceleración. El sistema lanzaría un flujo de fotones hacia los reflectores de la nave espacial, eliminando la necesidad de que éstas lleven propulsor y reduciendo considerablemente su masa. El concepto de DEEP-IN ha despertado el interés del Programa de Conceptos Avanzados Innovadores de la NASA que ya ha concedido a Lubin dos becas para su desarrollo.

El profesor Lubin explica las posibilidades de su sistema de propulsión fotónica

Lubin y Cohen piensan que un sistema así cubriría la distancia entre la Tierra y Marte (unos 154 millones de kilómetros) en 30 minutos, adelantaría a la sonda Voyager I (que se encuentra a más de 23.300 millones de distancia) en menos de 3 días y podría llegar a Alfa Centauri (a 41 billones de kilómetros) en unos 20 años.

El mismo sistema, afirman, también puede propulsar una carga útil de 100 kilos a aproximadamente un 0,01 de la velocidad de la luz (3.000 km/s) y una de 10.000 kilos a más de 1.000 km/s. “Estos sistemas son mucho más rápidos que cualquier sistema de propulsión convencional actualmente imaginado, incluidos los motores iónicos, velas solares, velas electrónicas, etc.”, aseguran los investigadores.

Un modelo de producción dirigido a conseguirlo

En su estudio, los investigadores detallan los pasos a seguir para poder desarrollar un sistema así. “La clave de este programa es la capacidad de construir un controlador láser lo suficientemente potente y con una apertura efectiva lo suficientemente grande como para permitir que el haz permanezca en la nave espacial el tiempo suficiente para propulsarla a alta velocidad”, afirman. “Una de las ventajas de este enfoque es que, una vez que se construye un controlador láser, se puede utilizar en una amplia variedad de misiones, desde naves espaciales interplanetarias de gran masa hasta sondas interestelares de poca masa”.

placeholder Diseño básico del controlador láser. (UCSB)
Diseño básico del controlador láser. (UCSB)

A día de hoy la tecnología para crear un láser de estas características no está a nuestro alcance, pero los investigadores afirman que la idea no es tener ya el avance científico que nos lleve a Alfa Centauro, sino seguir una serie de pasos que nos ayuden a conseguirlo en el futuro.

Lubin y Cohen aseguran que la fotónica, al igual que la electrónica, es un sector de crecimiento exponencial, tanto en rendimiento como en reducción de costes, con características similares a las de la Ley de Moore (duplicación del rendimiento y reducción del coste a la mitad en 18 meses). Esto la diferencia radicalmente, según ellos, de la propulsión química, cuyo rendimiento apenas ha cambiado desde el inicio de la era espacial. “Si bien la propulsión química, los motores de iones y las tecnologías afines son muy innovadores, la innovación y el impulso de la fotónica superan ampliamente a las demás tecnologías de propulsión”, sostienen.

placeholder Esquema del controlador láser. (UCSB)
Esquema del controlador láser. (UCSB)

Lubin y Cohen proponen en su artículo un modelo de producción basado en la física necesaria para producir este tipo de naves. La producción es modular y se puede realizar en masa, ya que todos sus elementos son idénticos. No tiene partes prescindibles y puede estar en funcionamiento contínuo durante muchos años. La combinación de esa filosofía de diseño modular y escalable y el avance exponencial de la fotónica, permite, según los investigadores, un increíble desarrollo de estos sistemas en el futuro próximo.

Foto: El motor de iones chino. (SCMP)

“Hemos mostrado cómo la fotónica integrada y la producción en masa serán fundamentalmente necesarias para permitir la realización a gran escala de esta visión y hemos obtenido un modelo analítico de costes que se rige por la física fundamental del sistema propuesto. Esto nos permite tomar decisiones económicamente informadas y crear un camino lógico hacia el vuelo interestelar”, escriben los investigadores. “La energía dirigida permite avanzar en una serie de nuevas tecnologías y tipos de misión, como la transmisión de energía a larga distancia, las comunicaciones por láser, el tránsito interplanetario rápido, la manipulación y el análisis de la composición de asteroides y cometas, la defensa planetaria y el vuelo interestelar”.

Avi Loeb hablaba en su última columna de lo importante que es para el futuro de la especie humana que seamos capaces de crear naves espaciales más rápidas que nos permitan salir del sistema solar y alcanzar otros planetas. La actual tecnología de propulsión de cohetes es demasiado lenta como para poder hacerlo en un tiempo razonable y, aunque ya se están proponiendo soluciones más rápidas, solo algunos de los motores que se han planteado a nivel teórico podrían conseguirlo. Un grupo de investigadores ha estimado la viabilidad, tanto económica como tecnológica, de crear un modelo de propulsión que tiene el potencial de llevarnos a Alpha Centauri —el sistema de estrellas más próximo a la Tierra situado a 40 billones de kilómetros— en solo 20 años.

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