Todos hemos hecho esta pregunta en algún momento de nuestras vidas: ¿Cuánto tiempo llevaría viajar a las estrellas? ¿Podría ser dentro de la vida de una persona, y podría este tipo de viaje convertirse en la norma algún día? Hay muchas respuestas posibles a esta pregunta, algunas muy simples, otras en el ámbito de la ciencia ficción. Pero llegar a una respuesta integral significa tener en cuenta muchas cosas.
Desafortunadamente, es probable que cualquier evaluación realista produzca respuestas que desalienten totalmente a los futuristas y entusiastas de los viajes interestelares. Nos guste o no, el espacio es muy grande y nuestra tecnología aún es muy limitada. Pero si alguna vez contemplamos "abandonar el nido", tendremos una gama de opciones para llegar al Sistema Solar más cercano en nuestra galaxia.
La estrella más cercana a la Tierra es nuestro Sol, que es una estrella bastante "promedio" en la "Secuencia Principal" de Hertzsprung - Russell Diagram. Esto significa que es altamente estable, proporcionando a la Tierra el tipo correcto de luz solar para que la vida evolucione en nuestro planeta. Sabemos que hay planetas orbitando otras estrellas cerca de nuestro Sistema Solar, y muchas de estas estrellas son similares a las nuestras.
En el futuro, si la humanidad deseara abandonar el Sistema Solar, tendremos una gran variedad de estrellas a las que podríamos viajar, y muchas podrían tener las condiciones adecuadas para que la vida prospere. Pero, ¿a dónde iríamos y cuánto tiempo nos tomaría llegar allí? Solo recuerde, todo esto es especulativo y actualmente no hay un punto de referencia para los viajes interestelares. Dicho esto, aquí vamos!
Estrella más cercana:
Como ya se señaló, la estrella más cercana a nuestro Sistema Solar es Proxima Centauri, por lo que tiene más sentido planear primero una misión interestelar en este sistema. Como parte de un sistema estelar triple llamado Alpha Centauri, Proxima está a unos 4,24 años luz (o 1,3 parsecs) de la Tierra. Alpha Centauri es en realidad la estrella más brillante de las tres en el sistema, parte de un binario en órbita cercana a 4.37 años luz de la Tierra, mientras que Proxima Centauri (la más tenue de las tres) es una enana roja aislada a unos 0.13 años luz del binario. .
Y si bien el viaje interestelar evoca todo tipo de visiones de viajes más rápidos que la luz (FTL), que van desde la velocidad de deformación y los agujeros de gusano hasta los impulsos de salto, tales teorías son altamente especulativas (como el Alcubierre Drive) o completamente la provincia de la ciencia ficción. Con toda probabilidad, cualquier misión en el espacio profundo probablemente tomará generaciones para llegar allí, en lugar de unos pocos días o en un instante.
Entonces, comenzando con una de las formas más lentas de viaje espacial, ¿cuánto tiempo llevará llegar a Proxima Centauri?
Métodos actuales:
La cuestión de cuánto tiempo tomaría llegar a algún lugar en el espacio es algo más fácil cuando se trata de tecnología y cuerpos existentes dentro de nuestro Sistema Solar. Por ejemplo, usar la tecnología que impulsó la misión New Horizons, que consistía en 16 propulsores alimentados con monopropelente de hidrazina, llegar a la Luna tomaría solo 8 horas y 35 minutos.
Por otro lado, está la misión SMART-1 de la Agencia Espacial Europea (ESA), que se tomó su tiempo para viajar a la Luna utilizando el método de propulsión iónica. Con esta tecnología revolucionaria, una variación de la cual ha sido utilizada por la nave espacial Dawn para llegar a Vesta, la misión SMART-1 tardó un año, un mes y dos semanas en llegar a la Luna.
Entonces, desde la veloz nave espacial propulsada por cohete hasta el económico motor de iones, tenemos algunas opciones para moverse por el espacio local, además de que podríamos usar Júpiter o Saturno para un tirachinas gravitacional considerable. Sin embargo, si contempláramos misiones en algún lugar un poco más alejado, tendríamos que ampliar nuestra tecnología y ver qué es realmente posible.
Cuando decimos posibles métodos, estamos hablando de aquellos que involucran tecnología existente, o aquellos que aún no existen pero que son técnicamente factibles. Algunos, como verán, son antiguos y probados, mientras que otros están emergiendo o aún están en el tablero. Sin embargo, en casi todos los casos, presentan un escenario posible (pero extremadamente lento o costoso) para llegar incluso a las estrellas más cercanas ...
Propulsión iónica:
Actualmente, la forma más lenta de propulsión, y la más eficiente en combustible, es el motor de iones. Hace unas décadas, la propulsión iónica se consideraba el tema de la ciencia ficción. Sin embargo, en los últimos años, la tecnología para soportar motores iónicos ha pasado de la teoría a la práctica a lo grande. La misión SMART-1 de la ESA, por ejemplo, completó con éxito su misión a la Luna después de tomar un camino en espiral de 13 meses desde la Tierra.
SMART-1 usó propulsores de iones de energía solar, donde la energía eléctrica se extrajo de sus paneles solares y se usó para alimentar sus propulsores de efecto Hall. Solo se usaron 82 kg de propulsor de xenón para propulsar SMART-1 a la Luna. 1 kg de propulsor de xenón proporcionó un delta-v de 45 m / s. Esta es una forma de propulsión altamente eficiente, pero de ninguna manera es rápida.
Una de las primeras misiones en utilizar la tecnología de accionamiento de iones fue Espacio profundo 1 misión al cometa Borrelly que tuvo lugar en 1998. DS1 también usó una unidad de iones alimentada por xenón, que consumió 81.5 kg de propelente. Durante 20 meses de empuje, DS1 logró alcanzar una velocidad de 56,000 km / h (35,000 millas / h) durante su sobrevuelo del cometa.
Los propulsores iónicos son, por lo tanto, más económicos que la tecnología de cohetes, ya que el empuje por unidad de masa de propulsor (también conocido como impulso específico) es mucho mayor. Pero a los propulsores de iones les lleva mucho tiempo acelerar las naves espaciales a grandes velocidades, y la velocidad máxima que puede alcanzar depende de su suministro de combustible y de la cantidad de energía eléctrica que puede generar.
Entonces, si la propulsión iónica se usara para una misión a Proxima Centauri, los propulsores necesitarían una gran fuente de producción de energía (es decir, energía nuclear) y una gran cantidad de propulsor (aunque aún menos que los cohetes convencionales). Pero en base a la suposición de que un suministro de 81.5 kg de propulsor de xenón se traduce en una velocidad máxima de 56,000 km / h (y que no hay otras formas de propulsión disponibles, como una honda gravitacional para acelerarlo aún más), algunos cálculos pueden hacerse.
En resumen, a una velocidad máxima de 56,000 km / h, Espacio profundo 1 se haría cargo 81,000 años atravesar los 4.24 años luz entre la Tierra y Proxima Centauri. Para poner esa escala de tiempo en perspectiva, serían más de 2.700 generaciones humanas. Por lo tanto, es seguro decir que una misión de motor de iones interplanetario sería demasiado lenta para ser considerada para una misión interestelar tripulada.
Pero, si los propulsores de iones se hicieran más grandes y más potentes (es decir, la velocidad de escape de iones tendría que ser significativamente mayor), y se podría arrastrar suficiente propulsor para mantener la nave espacial durante todo el viaje de 4.243 años luz, ese tiempo de viaje podría ser enormemente reducido. Sin embargo, todavía no es suficiente para suceder en la vida de alguien.
Método de asistencia por gravedad:
El medio de viaje espacial más rápido existente se conoce como el método de asistencia por gravedad, que involucra una nave espacial que utiliza el movimiento relativo (es decir, la órbita) y la gravedad de un planeta para alterar su trayectoria y velocidad. Las asistencias gravitacionales son una técnica de vuelo espacial muy útil, especialmente cuando se usa la Tierra u otro planeta masivo (como un gigante gaseoso) para aumentar la velocidad.
los Mariner 10 la nave espacial fue la primera en usar este método, utilizando el tirón gravitacional de Venus para lanzarlo hacia Mercurio en febrero de 1974. En la década de 1980, el Voyager 1 La sonda utilizó Saturno y Júpiter para tirachinas gravitacionales para alcanzar su velocidad actual de 60,000 km / h (38,000 millas / hr) y llegar al espacio interestelar.
Sin embargo, fue el Helios 2 La misión, que se lanzó en 1976 para estudiar el medio interplanetario de 0.3 UA a 1 UA al Sol, tiene el récord de la velocidad más alta alcanzada con una asistencia de gravedad. En el momento, Helios 1 (que se lanzó en 1974) y Helios 2 mantuvo el récord del acercamiento más cercano al Sol. Helios 2 fue lanzado por un vehículo convencional de lanzamiento Titan / Centaur de la NASA y colocado en una órbita altamente elíptica.
Debido a la gran excentricidad (0,54) de la órbita solar de las sondas (190 días), en el perihelio, Helios 2 fue capaz de alcanzar una velocidad máxima de más de 240,000 km / h (150,000 millas / h). Esta velocidad orbital se logró solo por la fuerza gravitacional del Sol. Técnicamente, el Helios 2 La velocidad del perihelio no era una honda gravitacional, era una velocidad orbital máxima, pero aún mantiene el récord de ser el objeto hecho por el hombre más rápido independientemente.
Así que si Voyager 1 viajaba en la dirección de la enana roja Proxima Centauri a una velocidad constante de 60,000 km / h, tomaría 76,000 años (o más de 2,500 generaciones) recorrer esa distancia. Pero si pudiera alcanzar la velocidad récord de Helios 2El acercamiento cercano del Sol - una velocidad constante de 240,000 km / h - tomaría 19,000 años (o más de 600 generaciones) para viajar 4.243 años luz. Significativamente mejor, pero aún no en el ámbito de la practicidad.
Accionamiento electromagnético (EM):
Otro método propuesto de viaje interestelar se presenta en forma del Propulsor de cavidad resonante de radiofrecuencia (RF), también conocido como EM Drive. Originalmente propuesto en 2001 por Roger K. Shawyer, un científico del Reino Unido que inició Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) para llevarlo a buen término, este disco se basa en la idea de que las cavidades de microondas electromagnéticas pueden permitir la conversión directa de energía eléctrica al empuje .
Mientras que los propulsores electromagnéticos convencionales están diseñados para impulsar un cierto tipo de masa (como partículas ionizadas), este sistema de accionamiento en particular no se basa en una masa de reacción y no emite radiación direccional. Tal propuesta se ha encontrado con un gran escepticismo, principalmente porque viola la ley de Conservación del Momento, que establece que dentro de un sistema, la cantidad de impulso permanece constante y no se crea ni se destruye, sino que solo cambia a través de la acción de efectivo.
Sin embargo, experimentos recientes con el diseño aparentemente han arrojado resultados positivos. En julio de 2014, en la 50.a Conferencia de Propulsión Conjunta AIAA / ASME / SAE / ASEE en Cleveland, Ohio, los investigadores de la investigación avanzada de propulsión de la NASA afirmaron que habían probado con éxito un nuevo diseño para un accionamiento de propulsión electromagnética.
Esto fue seguido en abril de 2015 cuando los investigadores de la NASA Eagleworks (parte del Centro Espacial Johnson) afirmaron que habían probado con éxito el disco en el vacío, una indicación de que en realidad podría funcionar en el espacio. En julio de ese mismo año, un equipo de investigación del departamento del Sistema Espacial de la Universidad Tecnológica de Dresde construyó su propia versión del motor y observó un empuje detectable.
Y en 2010, el profesor Juan Yang, de la Universidad Politécnica del Noroeste en Xi’an, China, comenzó a publicar una serie de documentos sobre su investigación sobre la tecnología EM Drive. Esto culminó en su artículo de 2012 donde informó una mayor potencia de entrada (2.5kW) y probó niveles de empuje (720mN). En 2014, también informó sobre extensas pruebas que involucraban mediciones de temperatura interna con termopares integrados, lo que parecía confirmar que el sistema funcionaba.
Según los cálculos basados en el prototipo de la NASA (que arrojó una estimación de potencia de 0.4 N / kilovatio), una nave espacial equipada con la unidad EM podría hacer el viaje a Plutón en menos de 18 meses. Esa es una sexta parte del tiempo que le llevó a la sonda New Horizons llegar allí, que viajaba a velocidades cercanas a 58,000 km / h (36,000 mph).
Suena impresionante Pero incluso a ese ritmo, se necesitaría un barco equipado con motores EM 13,000 años para que la nave llegue a Proxima Centauri. Acercarse, pero no lo suficientemente rápido! y hasta el momento en que se pueda probar definitivamente que la tecnología funciona, no tiene mucho sentido poner nuestros huevos en esta canasta.
Propulsión nuclear térmica / nuclear (NTP / NEP):
Otra posibilidad para el vuelo espacial interestelar es utilizar naves espaciales equipadas con motores nucleares, un concepto que la NASA ha estado explorando durante décadas. En un cohete de Propulsión Térmica Nuclear (NTP), las reacciones de uranio o deuterio se usan para calentar hidrógeno líquido dentro de un reactor, convirtiéndolo en gas de hidrógeno ionizado (plasma), que luego se canaliza a través de una boquilla de cohete para generar empuje.
Un cohete de Propulsión Eléctrica Nuclear (NEP) involucra el mismo reactor básico que convierte su calor y energía en energía eléctrica, que luego alimentaría un motor eléctrico. En ambos casos, el cohete dependería de la fisión nuclear o la fusión para generar propulsión en lugar de propulsores químicos, que ha sido el pilar de la NASA y de todas las demás agencias espaciales hasta la fecha.
En comparación con la propulsión química, tanto NTP como NEC ofrecen una serie de ventajas. La primera y más obvia es la densidad de energía prácticamente ilimitada que ofrece en comparación con el combustible para cohetes. Además, un motor nuclear también podría proporcionar un empuje superior en relación con la cantidad de propulsor utilizado. Esto reduciría la cantidad total de propulsor necesario, reduciendo así el peso de lanzamiento y el costo de las misiones individuales.
Aunque nunca se han volado motores térmicos nucleares, se han construido y probado varios conceptos de diseño en las últimas décadas, y se han propuesto numerosos conceptos. Estos van desde el diseño tradicional de núcleo sólido, como el motor nuclear para la aplicación de vehículos cohete (NERVA), hasta conceptos más avanzados y eficientes que se basan en un núcleo líquido o gaseoso.
Sin embargo, a pesar de estas ventajas en la eficiencia de combustible y el impulso específico, el concepto NTP más sofisticado tiene un impulso específico máximo de 5000 segundos (50 kN · s / kg). Utilizando motores nucleares impulsados por fisión o fusión, los científicos de la NASA estiman que tomaría una nave espacial solo 90 días para llegar a Marte cuando el planeta estaba en "oposición", es decir, tan cerca como 55,000,000 km de la Tierra.
Pero ajustado para un viaje de ida a Proxima Centauri, un cohete nuclear aún tardaría siglos en acelerarse hasta el punto en que volaba una fracción de la velocidad de la luz. Luego requeriría varias décadas de tiempo de viaje, seguido de muchos siglos más de desaceleración antes de llegar a su destino. En total, todavía estamos hablando de 1000 años antes de que llegue a su destino. Bueno para misiones interplanetarias, no tan bueno para misiones interestelares.
Métodos teóricos:
Usando la tecnología existente, el tiempo que llevaría enviar científicos y astronautas en una misión interestelar sería prohibitivamente lento. Si queremos hacer ese viaje dentro de una sola vida, o incluso una generación, se necesitará algo un poco más radical (también conocido como altamente teórico). Y si bien los agujeros de gusano y los motores de salto aún pueden ser pura ficción en este punto, hay algunas ideas bastante avanzadas que se han considerado a lo largo de los años.
Propulsión de pulso nuclear:
La propulsión de pulso nuclear es una forma teóricamente posible de viaje espacial rápido. El concepto fue propuesto originalmente en 1946 por Stanislaw Ulam, un matemático polaco-estadounidense que participó en el Proyecto Manhattan, y F. Reines y Ulam hicieron cálculos preliminares en 1947. El proyecto real, conocido como Proyecto Orión, se inició en 1958 y duró hasta 1963.
Dirigido por Ted Taylor en General Atomics y el físico Freeman Dyson del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Orión esperaba aprovechar el poder de las explosiones nucleares pulsadas para proporcionar un gran impulso con un impulso específico muy alto (es decir, la cantidad de empuje en comparación con el peso o la cantidad de segundos que el cohete puede disparar continuamente).
En pocas palabras, el diseño de Orión involucra una gran nave espacial con una gran cantidad de ojivas termonucleares que logran la propulsión liberando una bomba detrás de ella y luego montando la onda de detonación con la ayuda de una almohadilla montada en la parte trasera llamada "empujador". Después de cada explosión, la fuerza explosiva sería absorbida por esta almohadilla de empuje, que luego traduce el impulso en impulso.
Aunque no es elegante según los estándares modernos, la ventaja del diseño es que logra un impulso específico alto, lo que significa que extrae la cantidad máxima de energía de su fuente de combustible (en este caso, bombas nucleares) a un costo mínimo. Además, el concepto podría alcanzar teóricamente velocidades muy altas, con algunas estimaciones que sugieren una cifra aproximada de hasta el 5% de la velocidad de la luz (o 5.4 × 107 km / h).
Pero, por supuesto, existen las desventajas inevitables del diseño. Por un lado, una nave de este tamaño sería increíblemente costosa de construir. Según las estimaciones producidas por Dyson en 1968, una nave espacial Orion que usaba bombas de hidrógeno para generar propulsión pesaría entre 400,000 y 4,000,000 toneladas métricas. Y al menos las tres cuartas partes de ese peso consisten en bombas nucleares, donde cada cabeza de guerra pesa aproximadamente 1 tonelada métrica.
En total, las estimaciones más conservadoras de Dyson ubicaron el costo total de construir una nave Orion en 367 mil millones de dólares. Ajustado por la inflación, eso equivale a aproximadamente $ 2.5 billones de dólares, lo que representa más de dos tercios de los ingresos anuales actuales del gobierno de los EE. UU. Por lo tanto, incluso en su forma más ligera, la nave sería extremadamente costosa de fabricar.
También está el pequeño problema de toda la radiación que genera, sin mencionar los desechos nucleares. De hecho, es por esta razón que se cree que el Proyecto se terminó, debido a la aprobación del Tratado de Prohibición de Pruebas Parciales de 1963, que buscaba limitar las pruebas nucleares y detener la liberación excesiva de las consecuencias nucleares en la atmósfera del planeta.
Cohetes de fusión:
Otra posibilidad dentro del ámbito de la energía nuclear aprovechada involucra cohetes que dependen de reacciones termonucleares para generar empuje. Para este concepto, la energía se crea cuando los gránulos de una mezcla de deuterio / helio-3 se encienden en una cámara de reacción por confinamiento inercial utilizando haces de electrones (similar a lo que se hace en la Instalación Nacional de Encendido en California). Este reactor de fusión detonaría 250 gránulos por segundo para crear plasma de alta energía, que luego sería dirigido por una boquilla magnética para crear empuje.
Al igual que un cohete que depende de un reactor nuclear, este concepto ofrece ventajas en lo que respecta a la eficiencia del combustible y al impulso específico. Se estiman velocidades de escape de hasta 10.600 km / s, que está muy por encima de la velocidad de los cohetes convencionales. Además, la tecnología se ha estudiado ampliamente en las últimas décadas, y se han hecho muchas propuestas.
Por ejemplo, entre 1973 y 1978, la Sociedad Interplanetaria Británica realizó un estudio de factibilidad conocido como Proyecto Daedalus. Confiando en el conocimiento actual de la tecnología de fusión y los métodos existentes, el estudio pidió la creación de una sonda científica no tripulada de dos etapas que realice un viaje a la Estrella de Barnard (5.9 años luz de la Tierra) en una sola vida.
La primera etapa, la más grande de las dos, funcionaría durante 2.05 años y aceleraría la nave espacial a 7.1% de la velocidad de la luz (o.071 C) Esta etapa se tiraría, en ese momento, la segunda etapa encendería su motor y aceleraría la nave espacial hasta aproximadamente el 12% de la velocidad de la luz (0.12 C) en el transcurso de 1,8 años. El motor de la segunda etapa se apagaría y el barco entraría en un período de crucero de 46 años.
Según las estimaciones del proyecto, la misión tardaría 50 años en llegar a la estrella de Barnard. Ajustado para Proxima Centauri, la misma nave podría hacer el viaje en 36 años. Pero, por supuesto, el proyecto también identificó numerosos obstáculos que lo hicieron inviable usando la tecnología actual, la mayoría de los cuales aún no se han resuelto.
Por ejemplo, existe el hecho de que el helio-3 es escaso en la Tierra, lo que significa que tendría que ser extraído en otro lugar (muy probablemente en la Luna). En segundo lugar, la reacción que impulsa la nave espacial requiere que la energía liberada exceda ampliamente la energía utilizada para desencadenar la reacción. Y aunque los experimentos aquí en la Tierra han superado el "objetivo de equilibrio", todavía estamos muy lejos de los tipos de energía necesarios para impulsar una nave espacial interestelar.
En tercer lugar, existe el factor de costo para construir tal barco. Incluso para el modesto estándar de la nave no tripulada del Proyecto Daedalus, una nave completamente alimentada pesaría hasta 60,000 Mt. Para poner esto en perspectiva, el peso bruto del SLS de la NASA es de poco más de 30 Mt, y un solo lanzamiento tiene un precio de $ 5 mil millones (según las estimaciones realizadas en 2013).
En resumen, un cohete de fusión no solo sería prohibitivamente costoso de construir; también requeriría un nivel de tecnología de reactor de fusión que actualmente está más allá de nuestros medios. Icarus Interstellar, una organización internacional de científicos ciudadanos voluntarios (algunos de los cuales trabajaron para la NASA o la ESA) han intentado revitalizar el concepto con el Proyecto Icarus. Fundado en 2009, el grupo espera hacer posible la propulsión por fusión (entre otras cosas) en el futuro cercano.
Fusion Ramjet:
También conocido como Bussard Ramjet, esta forma teórica de propulsión fue propuesta por primera vez por el físico Robert W. Bussard en 1960. Básicamente, es una mejora sobre el cohete de fusión nuclear estándar, que utiliza campos magnéticos para comprimir el combustible de hidrógeno hasta el punto de fusión. ocurre. Pero en el caso de Ramjet, un enorme embudo electromagnético "recoge" el hidrógeno del medio interestelar y lo vierte en el reactor como combustible.
A medida que el barco aumenta la velocidad, la masa reactiva se ve forzada a un campo magnético progresivamente restringido, comprimiéndolo hasta que se produce la fusión termonuclear. El campo magnético dirige la energía como el escape del cohete a través de una boquilla del motor, acelerando así la embarcación. Sin tanques de combustible para pesarlo, un ramjet de fusión podría alcanzar velocidades cercanas al 4% de la velocidad de la luz y viajar a cualquier parte de la galaxia.
Sin embargo, los posibles inconvenientes de este diseño son numerosos. Por ejemplo, está el problema del arrastre. La nave depende de una mayor velocidad para acumular combustible, pero a medida que choca con más y más hidrógeno interestelar, también puede perder velocidad, especialmente en regiones más densas de la galaxia. En segundo lugar, el deuterio y el tritio (utilizados en reactores de fusión aquí en la Tierra) son raros en el espacio, mientras que la fusión de hidrógeno regular (que es abundante en el espacio) está más allá de nuestros métodos actuales.
Este concepto se ha popularizado ampliamente en la ciencia ficción. Quizás el ejemplo más conocido de esto está en la franquicia de Star Trek, donde los "coleccionistas de Bussard" son las góndolas brillantes en los motores de urdimbre. Pero en realidad, nuestro conocimiento de las reacciones de fusión debe progresar considerablemente antes de que sea posible un ramjet. ¡También tendríamos que resolver ese molesto problema de arrastre antes de comenzar a considerar construir tal barco!
Vela láser:
Las velas solares se han considerado durante mucho tiempo como una forma rentable de explorar el Sistema Solar. Además de ser relativamente fácil y barato de fabricar, existe la ventaja adicional de que las velas solares no requieren combustible. En lugar de usar cohetes que requieren propulsor, la vela usa la presión de radiación de las estrellas para empujar grandes espejos ultrafinos a altas velocidades.
Sin embargo, en aras del vuelo interestelar, tal vela necesitaría ser impulsada por haces de energía enfocados (es decir, láseres o microondas) para llevarla a una velocidad cercana a la velocidad de la luz. El concepto fue propuesto originalmente por Robert Forward en 1984, que era físico en los laboratorios de investigación de Hughes Aircraft en ese momento.
El concepto conserva los beneficios de una vela solar, ya que no requiere combustible a bordo, sino también por el hecho de que la energía láser no se disipa con la distancia casi tanto como la radiación solar. Entonces, mientras que una vela impulsada por láser tardaría un tiempo en acelerar a velocidades casi luminosas, se limitaría solo a la velocidad de la luz misma.
Según un estudio de 2000 producido por Robert Frisbee, director de estudios avanzados de concepto de propulsión en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una vela láser podría acelerarse a la mitad de la velocidad de la luz en menos de una década. También calculó que una vela que mide unos 320 km (200 millas) de diámetro podría llegar a Proxima Centauri en poco más de 12 años. Mientras tanto, una vela de aproximadamente 965 km (600 millas) de diámetro llegaría en poco menos de 9 años.
Sin embargo, tal vela tendría que construirse a partir de compuestos avanzados para evitar la fusión. ¡Combinado con su tamaño, esto se sumaría a un centavo bonito! Peor aún es el gran gasto incurrido al construir un láser lo suficientemente grande y potente como para conducir una vela a la mitad de la velocidad de la luz. Según el propio estudio de Frisbee, los láseres requerirían un flujo constante de 17,000 teravatios de potencia, cerca de lo que el mundo entero consume en un solo día.
Motor de antimateria:
Los fanáticos de la ciencia ficción seguramente habrán oído hablar de la antimateria. Pero en caso de que no lo haya hecho, la antimateria es esencialmente un material compuesto de antipartículas, que tienen la misma masa pero carga opuesta que las partículas normales. Un motor de antimateria, por su parte, es una forma de propulsión que utiliza interacciones entre la materia y la antimateria para generar energía o generar empuje.
En resumen, un motor antimateria involucra partículas de hidrógeno y antihidrógeno que se juntan. Esta reacción desata tanta energía como una bomba termonuclear, junto con una lluvia de partículas subatómicas llamadas piones y muones. Estas partículas, que viajarían a un tercio de la velocidad de la luz, son canalizadas por una boquilla magnética para generar empuje.
La ventaja de esta clase de cohete es que una gran fracción de la masa en reposo de una mezcla de materia / antimateria se puede convertir en energía, lo que permite que los cohetes antimateria tengan una densidad de energía mucho mayor y un impulso específico que cualquier otra clase de cohete propuesta. Es más, controlar este tipo de reacción podría empujar un cohete hasta la mitad de la velocidad de la luz.
Libra por libra, esta clase de barco sería la más rápida y eficiente en combustible jamás concebida. Mientras que los cohetes convencionales requieren toneladas de combustible químico para impulsar una nave espacial a su destino, un motor antimateria podría hacer el mismo trabajo con solo unos pocos miligramos de combustible. De hecho, la aniquilación mutua de media libra de partículas de hidrógeno y antihidrógeno desataría más energía que una bomba de hidrógeno de 10 megatones.
Es por esta razón exacta que De la NASA El Instituto de Conceptos Avanzados (NIAC) ha investigado la tecnología como un posible medio para futuras misiones a Marte. Desafortunadamente, al contemplar misiones a sistemas estelares cercanos, la cantidad de combustible necesaria para hacer el viaje se multiplica exponencialmente, y el costo involucrado en su producción sería astronómico (¡sin juego de palabras!).
Según un informe preparado para la 39a Conferencia y Exhibición Conjunta de Propulsión AIAA / ASME / SAE / ASEE (también por Robert Frisbee), un cohete antimateria de dos etapas necesitaría más de 815,000 toneladas métricas (900,000 toneladas estadounidenses) de combustible para hacer el viaje a Proxima Centauri en aproximadamente 40 años. Eso no está mal, en lo que respecta a las líneas de tiempo. Pero de nuevo, el costo ...
Mientras que un solo gramo de antimateria produciría una increíble cantidad de energía, se estima que producir solo un gramo requeriría aproximadamente 25 millones de billones de kilovatios-hora de energía y costaría más de un billón de dólares. En la actualidad, la cantidad total de antimateria creada por humanos es inferior a 20 nanogramos.
E incluso si pudiéramos producir antimateria a bajo precio, necesitaría un barco masivo para contener la cantidad de combustible necesaria. Según un informe del Dr. Darrel Smith y Jonathan Webby de la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle en Arizona, una nave interestelar equipada con un motor antimateria podría alcanzar 0.5 la velocidad de la luz y llegar a Proxima Centauri en un poco más de tiempo 8 años. Sin embargo, el barco en sí pesaría 400 toneladas métricas (441 toneladas estadounidenses) y necesitaría 170 toneladas métricas (187 toneladas estadounidenses) de combustible antimateria para realizar el viaje.
Una posible forma de evitar esto es crear un recipiente que pueda crear antimateria que luego pueda almacenar como combustible. Richard Obousy, de Icarus Interstellar, propuso este concepto, conocido como el sistema de explorador interestelar de cohetes de vacío a antimateria (VARIES). Basado en la idea de reabastecimiento de combustible in situ, una nave VARIES dependería de grandes láseres (alimentados por enormes paneles solares) que crearían partículas de antimateria cuando se disparan en el espacio vacío.
Al igual que el concepto Ramjet, esta propuesta resuelve el problema de transportar combustible al aprovecharlo desde el espacio. Pero una vez más, el costo total de un barco de este tipo sería prohibitivamente costoso utilizando la tecnología actual. Además, la capacidad de crear antimateria en grandes volúmenes no es algo que actualmente tengamos el poder de hacer. También está la cuestión de la radiación, ya que la aniquilación de materia-antimateria puede producir explosiones de rayos gamma de alta energía.
Esto no solo presenta un peligro para la tripulación, ya que requiere un blindaje significativo contra las radiaciones, sino que también requiere que los motores estén protegidos para garantizar que no sufran degradación atómica por toda la radiación a la que están expuestos. Así que, en resumen, el motor antimateria es completamente poco práctico con nuestra tecnología actual y en el entorno de presupuesto actual.
Alcubierre Warp Drive:
Los fanáticos de la ciencia ficción también están, sin duda, familiarizados con el concepto de un Alcubierre (o "Warp") Drive. Propuesto por el físico mexicano Miguel Alcubierre en 1994, este método propuesto fue un intento de hacer posible el viaje FTL sin violar la teoría de la relatividad especial de Einstein. En resumen, el concepto implica estirar el tejido del espacio-tiempo en una onda, lo que teóricamente haría que el espacio por delante de un objeto se contraiga y el espacio detrás de él se expanda.
Un objeto dentro de esta ola (es decir, una nave espacial) podría montar esta ola, conocida como "burbuja de distorsión", más allá de las velocidades relativistas. Como la nave no se mueve dentro de esta burbuja, sino que se transporta a medida que avanza, las reglas del espacio-tiempo y la relatividad dejarían de aplicarse. La razón es que este método no se basa en moverse más rápido que la luz en el sentido local.
Es solo "más rápido que la luz" en el sentido de que el barco podría llegar a su destino más rápido que un rayo de luz que viajaba fuera de la burbuja de urdimbre. Asumiendo que una nave espacial podría estar equipada con un sistema Alcubierre Drive, podría hacer el viaje a Proxima Centauri en menos de 4 años. Entonces, cuando se trata de viajes espaciales interestelares teóricos, esta es, con mucho, la tecnología más prometedora, al menos en términos de velocidad.
Naturalmente, el concepto ha recibido su parte de contraargumentos a lo largo de los años. El principal de ellos es el hecho de que no tiene en cuenta la mecánica cuántica y podría ser invalidado por una Teoría de todo (como la gravedad cuántica de bucles). Los cálculos sobre la cantidad de energía requerida también han indicado que una unidad warp requeriría una cantidad prohibitiva de energía para funcionar. Otras incertidumbres incluyen la seguridad de dicho sistema, los efectos sobre el espacio-tiempo en el destino y las violaciones de la causalidad.
However, in 2012, NASA scientist Harold Sonny White announced that he and his colleagues had begun researching the possibility of an Alcubierre Drive. In a paper titled “Warp Field Mechanics 101“, White claimed that they had constructed an interferometer that will detect the spatial distortions produced by the expanding and contracting spacetime of the Alcubierre metric.
In 2013, the Jet Propulsion Laboratory published results of a warp field test which was conducted under vacuum conditions. Unfortunately, the results were reported as “inconclusive”. Long term, we may find that Alcubierre’s metric may violate one or more fundamental laws of nature. And even if the physics should prove to be sound, there is no guarantee it can be harnessed for the sake of FTL flight.
In conclusion, if you were hoping to travel to the nearest star within your lifetime, the outlook isn’t very good. However, if mankind felt the incentive to build an “interstellar ark” filled with a self-sustaining community of space-faring humans, it might be possible to travel there in a little under a century if we were willing to invest in the requisite technology.
But all the available methods are still very limited when it comes to transit time. And while taking hundreds or thousands of years to reach the nearest star may matter less to us if our very survival was at stake, it is simply not practical as far as space exploration and travel goes. By the time a mission reached even the closest stars in our galaxy, the technology employed would be obsolete and humanity might not even exist back home anymore.
So unless we make a major breakthrough in the realms of fusion, antimatter, or laser technology, we will either have to be content with exploring our own Solar System or be forced to accept a very long-term transit strategy…
We have written many interesting articles about space travel here at Space Magazine. Here’s Will We Ever Reach Another Star?, Warp Drives May Come With a Killer Downside, The Alcubierre Warp Drive, How Far Is A Light Year?, When Light Just Isn’t Fast Enough, When Will We Become Interstellar?, and Can We Travel Faster Than the Speed of Light?
For more information, be sure to consult NASA’s pages on Propulsion Systems of the Future, and Is Warp Drive Real?
And fans of interstellar travel should definitely check out Icarus Interstellar and the Tau Zero Foundation websites. Keep reaching for those stars!
