Llevar una nave espacial a otra estrella es un desafío monumental. Sin embargo, eso no impide que haya gente trabajando en ello. Los grupos más visibles que lo están haciendo actualmente son Breakthrough Starshot y la Fundación Tau Zero, ambos centrados en un tipo muy particular de energía de propulsión por haz. Un artículo del presidente de la junta directiva de Tau Zero, Jeffrey Greason, y Gerrit Bruhaug, un físico del Laboratorio Nacional de Los Álamos que se especializa en física láser, analiza la física de una de esas tecnologías de haz (un haz de electrones relativista) y cómo podría usarse para impulsar una nave espacial a otra estrella.
Hay muchas consideraciones a tener en cuenta al diseñar este tipo de misión. Una de las más importantes (literalmente) es el peso de la nave espacial. Breakthrough Starshot se centra en un diseño diminuto con gigantescas “alas” solares que les permitirían viajar en un haz de luz hasta Alpha Centauri. Sin embargo, a efectos prácticos, una sonda tan pequeña no podrá recopilar prácticamente ninguna información real una vez que llegue allí; es más una proeza de ingeniería que una misión científica propiamente dicha.
El artículo, por otro lado, analiza sondas de hasta unos 1000 kg, aproximadamente el tamaño de las sondas Voyager construidas en la década de 1970. Obviamente, con una tecnología más avanzada, sería posible colocar en ellas muchos más sensores y controles de los que tenían esos sistemas. Pero impulsar una sonda tan grande con un haz requiere otra consideración de diseño: ¿qué tipo de haz?
Breakthrough Starshot está planeando un rayo láser, probablemente en el espectro visible, que impulsará directamente las velas de luz unidas a la sonda. Sin embargo, dado el estado actual de la tecnología óptica, este rayo solo podría impulsar eficazmente a la sonda durante aproximadamente 0,1 UA de su viaje, lo que suma más de 277.000 UA hasta Alpha Centauri. Incluso esa minúscula cantidad de tiempo podría ser suficiente para que una sonda alcance una velocidad interestelar respetable, pero solo si es diminuta y el rayo láser no la quema.
Como máximo, el láser necesitaría estar encendido solo durante un corto período de tiempo para acelerar la sonda a su velocidad de crucero. Sin embargo, los autores del artículo adoptan un enfoque diferente. En lugar de proporcionar energía solo durante un breve período de tiempo, ¿por qué no hacerlo durante un período más largo? Esto permitiría acumular más fuerza y permitir que una sonda mucho más robusta viaje a un porcentaje respetable de la velocidad de la luz.
También existen muchos desafíos con ese tipo de diseño. En primer lugar, se trataría de la propagación del haz, a distancias diez veces mayores que la distancia entre el Sol y la Tierra. ¿Cómo sería un haz de este tipo lo suficientemente coherente como para proporcionar una potencia significativa? La mayor parte del artículo trata este tema en detalle, centrándose en los haces de electrones relativistas. Este concepto de misión, conocido como Sunbeam, utilizaría precisamente un haz de este tipo.
El uso de electrones que viajan a velocidades tan altas tiene un par de ventajas. En primer lugar, es relativamente fácil acelerar los electrones hasta aproximadamente la velocidad de la luz, al menos en comparación con otras partículas. Sin embargo, dado que todos comparten la misma carga negativa, es probable que se repelan entre sí, lo que disminuye el empuje efectivo del haz.
Esto no es un problema tan grande a velocidades relativistas debido a un fenómeno descubierto en los aceleradores de partículas conocido como pinzamiento relativista. Básicamente, debido a la dilatación del tiempo al viajar a velocidades relativistas, no hay suficiente tiempo relativo experimentado por los electrones para comenzar a empujarse entre sí en un grado significativo.
Los cálculos del artículo muestran que un haz de este tipo podría proporcionar energía hasta 100 o incluso 1000 UA, mucho más allá del punto en el que cualquier otro sistema de propulsión conocido podría tener un impacto. También muestra que, al final del período de alimentación del haz, una sonda de 1.000 kg podría moverse tan rápido como el 10% de la velocidad de la luz, lo que le permitiría llegar a Alfa Centauri en poco más de 40 años.
Sin embargo, para que esto suceda hay que superar muchos desafíos, uno de los cuales es cómo transformar esa cantidad de energía en un haz. Cuanto más lejos esté una sonda de la fuente del haz, más energía se necesita para transmitir la misma fuerza. Se estima que una sonda que se encuentre a 100 UA puede generar hasta 19 gigaelectronvoltios, un haz de energía bastante alta, aunque está dentro de nuestro alcance tecnológico, ya que el Gran Colisionador de Hadrones puede generar haces con órdenes de magnitud más de energía.
Para capturar esa energía en el espacio, los autores sugieren utilizar una herramienta que aún no existe, pero que al menos en teoría podría existir: una estatita solar. Esta plataforma se situaría sobre la superficie del Sol, utilizando una combinación de fuerza del empuje de la luz de la estrella y un campo magnético que utiliza las partículas magnéticas que emite el Sol para evitar que caiga en el pozo de gravedad del Sol. Se situaría tan cerca como el punto de aproximación más cercano de la sonda solar Parker al Sol, lo que significa que, al menos en teoría, podemos construir materiales que resistan ese calor.
La formación del haz se produciría detrás de un enorme parasol, lo que le permitiría operar en un entorno relativamente frío y estable y también permanecer en la estación durante los días o semanas necesarios para impulsar la sonda de 1000 kg hasta el límite. Esa es la razón por la que se utiliza una estatua en lugar de una órbita: podría permanecer estacionaria en relación con la sonda y no tener que preocuparse por ser ocluida por la Tierra o el Sol.
Hasta ahora, todo esto sigue estando en el terreno de la ciencia ficción, motivo por el que los autores se conocieron en primer lugar: en el servidor de Discord de ToughSF, donde se reúnen los entusiastas de la ciencia ficción. Pero, al menos en teoría, demuestra que es posible enviar una sonda científicamente útil a Alpha Centauri en el transcurso de una vida humana con avances mínimos en la tecnología existente.
Artículo con fines divulgativos basado en el artículo original en Inglés.
Créditos: Andy Tomaswick, Universe Today
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