Descubren que el aerografeno puede acelerar el viaje a Marte a sólo 26 días y sin combustible

Los ingenieros aeroespaciales están ya pensando en cómo enviar suministros de emergencia a Marte una vez que los humanos establezcan presencia permanente en el planeta rojo. El coste de los cohetes químicos es demasiado elevado y son demasiado lentos para llegar a tiempo de evitar alguna desgracia, por lo que están explorando otros métodos. Un equipo de científicos alemanes ha encontrado la clave para enviar pequeñas cargas útiles al 0,2% de la velocidad de la luz, reduciendo los tiempos de viaje de 7 a 9 meses a sólo 26 días: Velas solares hechas de un material llamado aerografito.

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Omar Kardoudi

El aerografito es conocido por su eficaz absorción de fotones y podría ser fundamental para las velas solares, una tecnología que aprovecha la luz solar para la propulsión. En vez de usar combustible químico como los cohetes tradicionales, las velas solares utilizan fotones solares o de cañones láser remotos para acelerar gradualmente a velocidades extraordinarias, fuera del alcance de cualquier nave actual.

Material milagroso para hacer milagros

Los científicos que han realizado las pruebas con aerografito afirman en su estudio que este tipo de misiones será más relevante en el futuro cercano. “Impulsados por el objetivo de la NASA de llevar humanos a Marte para finales de la década de 2030, y los planes relacionados de la empresa SpaceX, exploramos el potencial de las velas solares para transportar pequeñas cargas útiles a Marte en tiempos cortos”, afirman. “La necesidad energética y, por tanto, económica, de los cohetes químicos convencionales dependen en gran medida de la configuración orbital Tierra-Marte. Como resultado, estos lanzamientos generalmente se realizan en una órbita de transferencia de baja energía, cuya ventana de lanzamiento se abre cada 780 días”.

Pero un tiempo de entrega de Glovo de 2,1 años es demasiado. Según los autores, estas escalas de tiempo son manejables para misiones totalmente robóticas e incluso para misiones a Marte a más largo plazo, como el retorno de muestras de Marte. Pero, una vez que el factor humano entra en juego, las evaluaciones de riesgos y emergencias cambian sustancialmente y se necesita un tiempo de espera de días para el suministro médico o el reabastecimiento de materiales o dispositivos esenciales en caso de emergencia.

El Dr. René Heller, astrofísico del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar, enfatiza la capacidad de la propulsión de velas solares para entregar rápidamente pequeñas cargas útiles en todo el sistema solar, destacando la ventaja de velocidad de la tecnología de velas solares para misiones espaciales extensas.

Las simulaciones realizadas por los investigadores indican que una vela solar de aerografito podría llegar a Marte en tan solo 26 días, una mejora significativa con respecto al tiempo de viaje actual de 7 a 9 meses utilizando métodos convencionales. Además, alcanzar la heliopausa, el límite del sistema solar, podría lograrse en un rango de tiempo de 4,2 a 5,3 años, dependiendo del método de transferencia orbital utilizado. En comparación las sondas Voyager 1 y Voyager 2 de la NASA tardaron 35 y 41 años respectivamente.

La ciencia detrás del aerografito

El aerógrafo, también conocido como aerógrafo, es una espuma sintética compuesta por una red de tubos de carbono que se distingue por ser excepcionalmente ligera y robusta. Su estructura favorece la absorción y utilización eficaz de fotones, lo que lo convierte en un candidato ideal para material de vela solar.

Las velas solares funcionan según el principio de la presión de radiación ejercida por los fotones. Cuando los fotones del sol impactan la vela, transfieren su impulso e impulsan la nave espacial hacia adelante. La acumulación continua de impulso permite a la nave ganar velocidad con el tiempo, en el vacío del espacio, alcanzando altas velocidades sin necesidad de combustible adicional.

La aplicación del aerografito en velas solares podría revolucionar el sector: combina sus propiedades de ligereza con una alta capacidad de absorción, optimizando la eficiencia de la transferencia de momento de los fotones. Esto da como resultado una aceleración más rápida y mayores velocidades alcanzables, lo que reduce los tiempos de viaje para misiones interplanetarias y potencialmente interestelares.

Las propiedades únicas del aerografito —como su densidad y opacidad extremadamente bajas— le permiten absorber fotones visibles casi por completo, con una alta resistencia a la tracción y un punto de fusión extremadamente alto. Esto hace que estas velas sean extremadamente eficientes a la hora de convertir la luz solar en aceleración, lo que promete avances significativos en las tecnologías de navegación solar que ahora dependen del grafeno o el berilio.

Desafíos y perspectivas futuras

El desarrollo y despliegue de estas velas, sin embargo, conllevan desafíos inherentes a su naturaleza. Las propiedades de absorción del aerografito podría presentar problemas con el Proyecto Starshot, que quiere lanzar naves a otros sistemas estelares usando velas y cañones fotones láser lanzados. desde tierra. La potencia necesaria para alcanzar velocidades de crucero interestelar podría ser perjudicial debido a la naturaleza absorbente del aerógrafo.

El sistema también requiere un mecanismo de precisión para mantener la curvatura perfecta de la vela dentro del haz láser a medida que la fuente del haz se mueve con la rotación de la Tierra. Alternativamente, se puede implantar un patrón de difracción adecuado para simular ópticamente una superficie de vela correctamente curvada. Estas consideraciones son cruciales, afirman, para optimizar el diseño de la vela y las propiedades del material para un despliegue exitoso en misiones espaciales.

Pero parece que están pensando ya en soluciones, como reemplazar el gran cañón láser en la Tierra por cañones de menor potencia situados en órbita de la Tierra, la Luna y puntos Lagrange, los lugares gravitacionalmente estables donde se pueden ‘aparcar’ naves espaciales sin que orbiten ningún planeta o luna, como lo hace el James Webb.