El sueño de viajar a otro sistema estelar, y tal vez incluso encontrar mundos poblados allí, es uno que ha preocupado a la humanidad durante muchas generaciones. Pero no fue hasta la era de la exploración espacial que los científicos pudieron investigar varios métodos para hacer un viaje interestelar. Si bien se han propuesto muchos diseños teóricos a lo largo de los años, últimamente se ha prestado mucha atención a las sondas interestelares impulsadas por láser.
El primer estudio de diseño conceptual, conocido como Proyecto Dragonfly, fue organizado por la Iniciativa de Estudios Interestelares (i4iS) en 2013. El concepto requería el uso de láseres para acelerar una vela ligera y una nave espacial al 5% de la velocidad de la luz, llegando así a Alpha Centauri en aproximadamente un siglo. En un artículo reciente, uno de los equipos que participaron en la competencia de diseño evaluó la viabilidad de su propuesta para una vela de luz y una vela magnética.
El artículo, titulado "Proyecto Libélula: Vela a las estrellas", se publicó recientemente en la revista científica. Astra Astronautica. El estudio fue dirigido por Tobias Häfner, graduado de la Universidad Paul Sabatier (UPS) de Toulouse y actual ingeniero de sistemas en Open Cosmos Ltd. Se le unieron miembros de Oxford Space Systems, la Universidad de Graduados para Estudios Avanzados (SOKENDAI), y AKKA Technologies.
Cuando se trata de conceptos de misión interestelar, uno de los mayores obstáculos siempre ha sido el tiempo de viaje involucrado. Como mostramos en un artículo anterior, tomaría entre 1,000 y 81,000 años usar la tecnología actual para llegar a Alpha Centauri. Si bien existen varios métodos teóricos que podrían ofrecer tiempos de viaje más cortos, implican física que aún no se ha probado o que serían prohibitivamente costosos.
De ahí el atractivo de una vela de luz, que aprovecha los recientes desarrollos en miniaturización para crear una nave espacial más pequeña y menos costosa. Otra ventaja, al menos teóricamente, es que dicha nave espacial podría acelerarse a una fracción de la velocidad de la luz y, por lo tanto, podría cubrir la gran distancia entre nuestro Sistema Solar y la estrella más cercana en unas pocas décadas o un solo siglo. .
Como se señaló, el i4iS, una organización voluntaria que se dedica a hacer realidad el viaje espacial interestelar en el futuro cercano, lanzó el primer estudio de diseño conceptual para velas de luz en 2013. Esto fue seguido en 2014 con una competencia para diseñar una nave espacial que ser capaz de llegar a Alpha Centauri dentro de 100 años utilizando tecnologías existentes o de corto plazo.
Los cuatro finalistas presentaron sus diseños en un taller realizado en la Sociedad Interplanetaria Británica en julio de 2015. Ganó el concepto presentado por el equipo de la Universidad Técnica de Munich, que luego lanzó una campaña de Kickstarter para recaudar dinero para su diseño. El diseño presentado por el equipo de la Universidad de California, San Diego, se ha convertido posteriormente en el diseño de Breakthrough Initiative 'Breakthrough Starshot.
El autor principal Hafner y sus colegas formaron parte del equipo CranSEDS, que consistía en ingenieros y científicos de la Universidad de Cranfield en el Reino Unido, el Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo (Skoltech) en Rusia y UPS en Francia. En este último estudio, él y algunos de los miembros de su antiguo equipo presentaron su concepto de misión como parte de un estudio de factibilidad.
En aras de este estudio, consideraron todos los aspectos de la arquitectura de misión de una vela de luz. Esto varió desde el tamaño de la vela, los materiales utilizados para construirla, el tamaño de la abertura del láser, el posicionamiento del láser, el peso de la nave espacial y el método utilizado por la nave espacial para desacelerar una vez que se acercaba a su destino.
Al final, la arquitectura de la misión que idearon exigía el uso de 100 GW de potencia láser para acelerar una nave espacial de 2750 kg (~ 6000 lbs) al 5% de la velocidad de la luz, lo que resulta en un tiempo de viaje de aproximadamente un siglo a Alpha Centauri. La vela estaría compuesta por una monocapa de grafeno que mide 29.4 km de diámetro (18.26 mi), por lo que requiere un láser con una apertura de 29.4 km (18.26 mi) de diámetro.
Este láser se colocaría en las proximidades del Sol (ya sea en el Punto Lagrange L1 Tierra-Sol o en la órbita Cislunar) y sería alimentado por paneles solares masivos. Para desacelerar, la nave espacial tiraría la vela ligera y desplegaría una vela magnética que consistiría en cables de metal. Esta vela formaría una estructura en bucle de aproximadamente 35 km (22 millas) de diámetro y un peso de 1000 kg (2200 lbs).
Una vez desplegada, la vela magnética interceptaría el plasma del medio interestelar y el viento solar de Alpha Centauri para desacelerar e ingresar al sistema. Concluyen que esta arquitectura lograría un equilibrio entre masa y velocidad, permitiría a la misión llegar a Alpha Centauri en poco más de 100 años y permitiría realizar operaciones científicas a su llegada.
Como indican en su estudio, este tipo de arquitectura de misión ofrece muchas ventajas, entre ellas el hecho de que una nave espacial más grande podría transportar más instrumentos y reunir más datos científicos que una nave espacial a escala de gramo. (como con Breakthrough Starshot's StarChip) Como concluyeron:
“Tanto [las velas láser como las magnéticas] tienen el beneficio de que no es necesario transportar ningún propulsor en la nave espacial ... La misión se basa en tecnologías que están actualmente disponibles o en desarrollo, pero necesitaría grandes mejoras para construir realmente la infraestructura espacial requerida ... Una línea de base de misión multi-nave espacial, el sistema láser se utiliza durante un período de tiempo razonable. Las lecciones aprendidas y los datos recopilados de la primera nave espacial podrían usarse para mejorar los siguientes ".
También reconocen los desafíos que conllevaría tal misión, que incluyen la necesidad de estructuras en el espacio de un kilómetro de tamaño. Dichas estructuras tendrían que construirse en órbita, lo que requeriría el desarrollo de instalaciones de fabricación orbital primero. Y, por supuesto, el láser y otros sistemas cruciales necesitarán un mayor refinamiento y desarrollo. Sin embargo, el concepto, según su estudio, es factible y técnicamente sólido.
Algunos, sin embargo, tienen sus dudas. Por ejemplo, está el Dr. Claudius Gros, físico teórico del Instituto de Física Teórica de la Universidad Goethe de Frankfurt. Gros es un defensor de larga data del uso de la tecnología de vela láser con el fin de construir una nave espacial interestelar, y ha realizado un trabajo teórico sobre el uso de velas magnéticas para frenar dicha nave espacial.
También es el fundador del Proyecto Génesis, una propuesta para enviar naves espaciales láser impulsadas por velas equipadas con fábricas de genes o vainas criogénicas a otros sistemas estelares, donde distribuirían la vida microbiana a "exoplanetas habitables transitoriamente, es decir, planetas capaces de soportar vida, pero no es probable que lo den por sí solos. Como expresó a Space Magazine por correo electrónico:
“Con respecto a la desaceleración con un campo magnético, eso en realidad no es posible dentro de los parámetros asumidos. Se necesitaría una vela magnética que pesara varios cientos de toneladas para hacer el trabajo cuando la embarcación navegue al 5% de la velocidad de la luz y cuando tenga que detenerse dentro de 20 años, como se supone en el presente documento. Para acelerar una nave tan pesada, se requerirían sistemas de lanzamiento mucho más fuertes ".
El concepto de usar láseres o velas solares para llevar a cabo misiones interestelares tiene raíces profundas. Sin embargo, solo ha sido en los últimos años que los esfuerzos para crear tal nave espacial realmente se han unido. En la actualidad, hay muchos conceptos que ofrecen diferentes arquitecturas de misiones, todos los cuales tienen su parte de desafíos y ventajas.
Con múltiples propuestas ahora en desarrollo, que incluye la propuesta de Haefner y la de su colega, el concepto Dragonfly del ii4S y Breakthrough Starshot: será muy interesante ver cuál (si alguno) de los conceptos actuales de velas de luz intentará hacer el viaje a Alpha Centauri en las próximas décadas.
¿Será uno que llegue allí dentro de nuestras vidas, o uno que sea capaz de enviar más datos científicos? ¿O podría ser una combinación de los dos, una especie de trato a corto / largo plazo? Difícil de decir. El punto es que el sueño de montar una misión interestelar puede no seguir siendo un sueño por mucho más tiempo.
