11 Propulsores
Interestelares... y pico.
1. Propulsor iónico. 2. Propulsión nuclear por pulsos. 3. Cohetes de fusión. 4. Bussard ramjet. 5. Vela solar. 6. Vela
solar magnética. 7. Propulsión por
haces de energía. 8. Propulsión por
burbuja de materia exótica (warp drive). 9.
Agujeros de gusano. 10. Viaje en el
hiperespacio. 11. Cohetes de
antimateria. [Todos redactados por Galileo] Y pico. Grabitador Quántico [El mío E. C. C.].
Sistemas de
propulsión para viajar más lejos en el espacio es una serie de
artículos publicados en el Blog Odisea Cósmica por Carlos Perla Hernández [Galileo] entre
el 21 de diciembre de 2009 y el 26 de febrero de 2010, que por su interés como
catálogo o muestrario de sistemas teóricos de Propulsión Interestelar, y a modo
de homenaje al autor, reproduzco, literalmente.
Hoy
por hoy [09/05/2016] algunos de estos sistemas han sido probados [Propulsión
por haz de iones, propulsión por vela solar, propulsión por haces de energía] a
pequeña escala con disparidad de resultad; algunos siguen perteneciendo al
campo de la especulación física teórica y otros solamente son recursos
literarios para autores de ciencia-ficción; a esta última categoría pertenecería
mi aportación: el Gravitador Quántico.
Sistemas
de propulsión para viajar más lejos en el espacio.
En
1961, Yuri Gagarin fue el primer ser humano en llegar al espacio exterior. Ocho
años después, Neil Armstrong y Buzz Aldrin llegaron a la superficie de la Luna.
Y eso es lo más lejos que cualquiera de nosotros se haya aventurado.
Aparte
de los problemas cotidianos, de los presupuestos y de nuestra voluntad
política, el mayor obstáculo es que nuestra tecnología de vuelo espacial - los
cohetes de propulsión química - simplemente no están a la altura de nuestras
expectativas. Apenas nos sirve para el sistema solar, aunque las misiones hacia
el sistema solar exterior tardan años en llegar.
En
lo que se refiere a visitar otras estrellas, sencillamente olvidémoslo. Como un
ejemplo, la cápsula lunar del Apolo 10 es todavía el vehículo tripulado más rápido
de la historia, después de haber alcanzado una velocidad máxima de 39.895 km/h.
A esta velocidad, se necesitarían 120.000 años para cubrir los 4 años luz que
nos separan de Alpha Centauri, el sistema estelar más cercano.
Por
eso si queremos explorar las profundidades del espacio y viajar a Alfa Centauri
y más allá, vamos a necesitar nuevas tecnologías de vuelo.
Las
tecnologías varían mucho en su factibilidad. Existen algunas, que más o menos
podemos comenzar a construirlas mañana si queremos, mientras que otras pueden
ser prácticamente imposibles.
1: Propulsor
iónico
Los
cohetes convencionales expulsan gases de escape de su parte trasera a grandes
velocidades, generando así un empuje. Los sistemas propulsores de iones
utilizan el mismo principio, pero en lugar de utilizar gases calientes como
fuente de empuje, arrojan un haz de partículas cargadas eléctricamente, o
iones.
Los
motores iónicos proporcionan un impulso muy bajo, pero básicamente utilizan
mucho menos combustible que un cohete para conseguir el mismo empuje. Son muy
útiles siempre que se disponga del tiempo suficiente para acelerar la nave de
forma constante, finalmente se consigue acelerar la nave a altas velocidades.
Ya
han sido utilizados en varias naves espaciales, como la sonda japonesa Hayabusa
y la misión lunar SMART-1 de la ESA, y la tecnología ha ido mejorando
constantemente.
Una
variante especialmente prometedora es el motor de empuje variable
magnetoplásmico variable impulso (VASIMR). Este motor funciona mediante un principio
un poco diferente de los demás propulsores que aceleran los iones mediante un
intenso campo eléctrico. En cambio, VASIMR utiliza un generador de frecuencia
de radio, similar a los transmisores utilizados para emitir programas de radio,
para calentar los iones a un millón de grados celsius.
Para
ello, se aprovecha de un poderoso campo magnético, como el producido por los
imanes superconductores en el motor, los iones giran a una frecuencia
determinada. El generador de frecuencia de radio es sintonizado entonces a esta
frecuencia, inyectando una energía extra a los iones para incrementar
considerablemente el empuje.
Las
pruebas iniciales han sido prometedoras, y si todo va bien, VASIMR podría ser
utilizado para transportar a seres humanos a Marte en sólo 39 días.
Publicado
por Galileo en Odisea Cósmica el 21 de diciembre de 2009
Sistemas de
propulsión para viajar más lejos en el espacio.
2: Propulsión
nuclear por pulsos
Si
algunas de las ideas expuestas en esta serie de artículos son un poco
inverosímiles, esta podría ser tal vez irresponsable. El fundamento de la
propulsión nuclear por pulso es explosionar bombas atómicas lanzadas en parte
trasera de la nave periódicamente para obtener así un impulso.
La
propulsión nuclear por pulsos fue estudiada seriamente por la Agencia de la
tecnología militar del gobierno de Estados Unidos DARPA, Bajo el nombre de
código Proyecto Orion. El objetivo era llegar a un diseño para el viaje
interplanetario rápido.
La
propulsión por pulsos nucleares desarrollada en el programa Orion hacía que el
peso de la nave dejase de ser un problema.
El
diseño de DARPA es mastodóntico incluso para los estándares de hoy, y fue
construido para ser un amortiguador gigante, capaz de soportar fuertes
sacudidas junto con un fuerte blindaje para proteger a los pasajeros de la
radiación.
El
proyecto resultó técnicamente viable, sin embargo existían serias
preocupaciones sobre las explosiones nucleares en la atmósfera que implica el
despegue de una nave de este tipo. El proyecto fue abandonado finalmente en la
década de 1960 al entrar en vigor la primera la prohibición de ensayos
nucleares.
A
pesar de estas preocupaciones, el diseño de Orion sigue siendo capaz de
construirse con tecnología de los 60, no obstante algunos investigadores siguen
aportando nuevos enfoques para la propulsión nuclear por pulsos. En teoría, una
nave propulsada por bombas nucleares podría alcanzar hasta un 10% de la
velocidad de la luz, lo suficiente como para hacer viable un viaje a las
estrellas. A esa velocidad llegar a la estrella más cercana podría lograrse en
sólo 40 años de viaje.
Verosimilitud: perfectamente posible,
aunque algo peligroso.
Publicado
por Galileo en Odisea Cósmica el 4 de enero de 2010.
Sistemas de
propulsión para viajar más lejos en el espacio.
3: Cohetes de fusión
La
propulsión por pulsos nucleares está lejos la única tecnología de vuelo que
depende de le energía nuclear.
Por
ejemplo, los cohetes nucleares podrían usar el calor generado por un reactor de
fisión para expulsar gases y proporcionar empujar. Pero en términos de
potencia, este tipo de cohetes palidecen al compararlos con los cohetes de
fusión.
 |
| La nave del Proyecto Dédalo alcanzaría un 12% de la velocidad de la luz. |
La
fusión nuclear, en la que se fuerza a unirse a los núcleos atómicos, podría
proporciona grandes cantidades de energía. La mayor parte de los diseños de
fusión producen las reacciones confinando núcleos en una estructura que genera
campos magnéticos llamada Tokamak.
Desgraciadamente
los tokamaks son prohibitivamente pesados, por lo que los cohetes de fusión
nuclear deben enfocarse en otro método para producir la fusión nuclear, llamado
fusión por confinamiento inercial.
Este
diseño reemplaza los campos magnéticos de tokamak con haces de energía de alta
potencia, normalmente generados por lásers. Estos haces golpean un pequeño
cartucho de "combustible" tan intensamente que sus capas exteriores
explotan. Éstas a su vez aplastan las capas interiores provocando la fusión.
Los campos magnéticos podrían dirigir entonces el plasma resultante hacia la
parte posterior de la nave generando un empuje. Este sistema de propulsión es
un cohete de fusión.
La
nave Dédalo sería construida en la órbita terrestre y tendría una masa inicial
de 54.000 toneladas, incluyendo 50.000 toneladas de combustible y 500 de carga
científica.
Los
cohetes de fusión de este tipo fueron explorados mediante el famoso Proyecto
Dédalo (Daedlus) de la década de los 70. Eran la base de una nave capaz de
viajar a otra estrella en un tiempo de sólo 50 años, un viaje de una duración
menor a una vida humana, en el que sería razonable que un ser humano
sobreviviese.
Pero
existe un serio contratiempo: después de décadas de trabajo todavía no tenemos
un reactor de fusión funcional.
Factibilidad: posible, pero todavía a
varias décadas en el futuro como poco.
Publicado
por Galileo en Odisea Cósmica el 5 de enero de 2010.
Sistemas de
propulsión para viajar más lejos en el espacio.
4: Bussard ramjet
 |
| El Bussard Ramjet básicamente recoge iones del espacio para después fusionarlos. |
Todos los cohetes, incluyendo los cohetes de fusión, tienen el mismo problema fundamental. Para obtener más aceleración, es necesario llevar más combustible, lo que hace que la nave pese más, y consecuentemente se reduce su aceleración. Si nos tomamos en serio el viaje interestelar, Debemos evitar llevar cualquier tipo de combustible.
El
Bussard ramjet, Sugerida por el físico Robert Bussard en 1960, resuelve
claramente este problema. Se trata de un cohete de fusión tal como describimos
anteriormente, pero, en lugar de llevar su suministro de combustible nuclear,
ionizaría el hidrógeno del espacio circundante, y a continuación, lo succiona
mediante de un gran "campo electromagnético" (véase la ilustración de
abajo).
Un
problema para el estatorreactor, o ramjet, aparte del mencionado para el
reactor de fusión es la magnitud requerida del campo electromagnético. Porque
hay tan poco hidrógeno (o cualquier otra cosa, para este propósito) en el el
espacio interestelar, que el campo tendría que tener cientos o incluso miles de
kilómetros de diámetro.
Una
posible "trampa" es lanzar previamente desde la Tierra combustible
para el estatorreactor en una trayectoria cuidadosamente calculada, de forma
que la nave pueda recogerlo sin la necesidad de un campo magnético tan grande.
Sin embargo, esto significaría que el ramjet no podría desviarse de su curso
previsto, y el camino de ida y vuelta a las estrellas bastante difícil.
Verosimilitud: gran desafío técnico.
Publicado
por Galileo en Odisea Cósmica el 6 de enero de 2010.
Sistemas de
propulsión para viajar más lejos en el espacio.
5: Vela solar
Esta
es otra tecnología que prescinde del problema de transporte de combustible y
por lo tanto podrían llegar a velocidades muy altas, aunque llevará tiempo para
conseguirlo.
Al
igual que las velas convencionales recogen la energía de los vientos de la
atmósfera de la Tierra, las velas solares obtienen su energía de la luz
procedentes del Sol. Las velas Solares se han probado con éxito en cámaras de
vacío en la Tierra, Pero los intentos de someterlos a prueba en órbita han
estado plagados de infortunios.
En
la vela solar la corriente de fotones procedentes del sol proporciona un empuje
muy bajo, pero sostenido.
Por
ejemplo, en 2005, la Sociedad Planetaria independiente, con sede en Pasadena,
California, envió una nave llamada Cosmos 1, Pero el cohete que la llevaba al
espacio falló y se estrelló. Otra misión la llamada NanoSail-D También se
perdido debido un fallo en el cohete.
A
pesar de los problemas iniciales, las velas solares siguen siendo un tecnología
muy prometedora - Al menos para los viajes en el sistema solar, donde la luz
del sol provee la fuerza de empuje. Los seres humanos pueden pesar demasiado para
para viajen a las estrellas a corto plazo.
Verosimilitud: totalmente posible, pero
limitada.
Publicado
por Galileo en Odisea Cósmica el 7 de enero de 2010.
Sistemas de
propulsión para viajar más lejos en el espacio.
6: Vela solar
magnética
Una
variante de la vela solar, es la vela magnética, que es empujada por el viento
solar en lugar de por los fotones solares.
El
viento solar es una corriente de partículas cargadas que tienen su propio campo
magnético. Una idea para aprovecharlo es rodear la nave con un campo magnético
que repela el viento solar, y por tanto que propulse la nave hacia el exterior
del sistema solar. Esto podría conseguirse hinchando un pequeño campo inicial
con plasma, como en un globo.
Otra
variante es la "telaraña espacial", que utiliza cables cargados
positivamente y que se extienden desde la nave para repeler los iones positivos
pesados del viento solar.
Telaraña
espacial. La carga eléctrica emitida por los cables reaccionan con el viento
solar (que viaja a unos 500 km/s) para generar aceleración.
Las
velas magnéticas, o tecnologías similares, pueden usarse para navegar en los
campos magnéticos de los planetas, permitiendo así cambios de órbita e incluso
escapar al espacio interplanetario.
Sin
embargo, nuestro por si mismas, las velas solares o magnéticas no son
apropiadas para el viaje interestelar. Puesto que no permiten alejarse mucho
del Sol, ya que tanto la intensidad del viento solar como su luz disminuyen con
rapidez. Por esto no puede conseguirse las velocidades nesarias para el viaje
interestelar.
Publicado
por Galileo en Odisea Cósmica el 9 de enero de 2010.
Sistemas de
propulsión para viajar más lejos en el espacio.
7: Propulsión por
haces de energía
Si
el sol no suministra energía suficiente para impulsar una nave interestelar
alta velocidad, tal vez podamos hacerlo nosotros mismos, mediante el envío de
un potente haz de energía hacia el espacio.
Una
de estas tecnologías de propulsión por haces de energía, es la ablación por
láser, en el que una placa de metal de la nave es vaporizada por un poderoso
láser que se transmiten desde el suelo. El vapor del metal proporciona la
orientación.
De
una forma parecida, el físico y autor de ciencia-ficción Gregory Benford y su
hermano James han propuesto dotar a una nave espacial con una vela solar
cubierta con una pintura especialmente diseñada. Un haz de microondas desde la
Tierra impactaría en la vela de manera que al hervir las moléculas de la
pintura se generase empuje. Esto podría facilitar que los viajes
interplanetarios fueran más rápidos.
Otra
versión que se podría utilizar para moverse por el sistema solar sería el uso
de haces de propulsión por plasma magnetizado, en el que una nave espacial con
una vela magnética es impulsada por un haz de iones.
Cuando
se trata de viajes interestelares, el mejor enfoque podría ser un láser que
presione una vela ligera. La primera propuesta de este tipo la realizó Robert
Forward en artículo de 1984, sería como una vela solar que impulsada por la
luz, sólo que la luz sería aportada por un potente láser.
Un
haz láser de propulsión plantea varios retos fundamentales. El haz debe
centrarse con precisión a distancias muy grandes, la nave deberá ser capaz de
utilizar casi todos los fotones de la energía suministrada, sin pérdidas, y el
haz de propulsión suministrado tiene que ser enormemente poderoso - en algunos
casos, la cantidad de energía necesaria sería mayor a la producción total de
energía de nuestra actual civilización.
Verosimilitud: extremadamente difícil.
Publicado
por Galileo en Odisea Cósmica el 11 de enero de 2010.
Sistemas de
propulsión para viajar más lejos en el espacio.
8: Propulsión por
burbuja de materia exótica (warp drive)
Este
tipo de propulsión es esencialmente la misma que la de Star Trek. Fue propuesta
por primera vez en 1994 por Miguel Alcubierre, un físico de la Universidad de
Gales en Cardiff.
Este
tipo de propulsión utilizaría la "materia exótica": un conjunto de
partículas todavía no descubiertas que tienen masa negativa y que ejercen una
presión negativa. De esta forma podría distorsionarse él espacio-tiempo,
provocando que el espacio situado delante de la nave se contrajese, y el
situado por detrás se expandiese. La nave espacial estaría envuelta en una nube
de estas partículas, y podría viajar realmente más rápido que la velocidad de
la luz sin violar las leyes de la relatividad.
La increíble propulsión de Star Trek
analizada por la ciencia.
Desgraciadamente,
este tipo de propulsión es un nido de problemas. Por un lado, la cantidad de
energía necesaria para sostener esta propulsión es mayor que la energía total
del universo, aunque podría ser de utilidad modificar la forma de la burbuja.
Este sistema de propulsión también liberaría mucha radiación, que además
amenazaría las vidas de los astronautas. Ni siquiera existe evidencia de que
esa materia exótica exista.
Un
conjunto de cálculos publicados en 2002 mostraron que sería imposible que la
nave enviase señales hacia el frente de la burbuja, lo que implicaría que los
tripulantes no podrían controlar la nave, siendo incapaces de girar o
detenerla. De hecho, parece que aunque pudiéramos disponer de cantidades
inmensas de energía, sería físicamente imposible generar semejante burbuja.
Viabilidad: aparentemente imposible.
Publicado
por Galileo en Odisea Cósmica el 20 de enero de 2010.
Sistemas de
propulsión para viajar más lejos en el espacio.
9: Agujeros de
gusano
Desde
que la Teoría General de la Relatividad fue ampliamente aceptada, ha quedado
claro que se permite la existencia de agujeros de gusano: atajos en forma de
túnel entre puntos diferentes del espacio-tiempo. El término fue acuñado por el
físico cuántico John Wheeler, que también es el padre del término "agujero
negro".
La
pregunta es: ¿existen realmente? Y si es así, ¿podríamos viajar a través de
ellos? Desgraciadamente, la respuesta a ambas preguntas podría ser
"no".
En teoría un agujero de gusano conectaría
dos regiones distintas del espacio-tiempo.
Para
que exista un agujero de gusano, tendría que estar estabilizado por algún tipo
de materia exótica como la que hacíamos referencia en la entrada anterior, y
puede que esa materia ni siquiera exista.
Por
lo tanto, toda la materia o energía que instalarse en un agujero de gusano
provocaría inmediatamente que se cerrase, aunque podría ser posible mantener
abierto el agujero de gusano con un extraño campo de energía negativa llamado
la radiación fantasma.
Sin
embargo, un tipo distinto de agujero de gusano, propuesto por el físico Serguei
Krasnikov en la década de los 90, podría ser transitable. La versión de
Krasnikov es autosustentable, puesto que produce su propia materia exótica para
mantenerse abierto.
Existe
otra objeción importante al concepto de agujeros de gusano. Si pudieran
utilizarse para transportar materia a través del espacio, podrían utilizarse
para crear un tipo de máquina del tiempo. Esto violaría las leyes de causa y
efecto.
Viabilidad: virtualmente imposible.
Publicado
por Galileo en Odisea Cósmica el 22 de enero de 2010.
Sistemas de
propulsión para viajar más lejos en el espacio .
10: Viaje en el
hiperespacio
Si
el universo tuviera una dimensión espacial más de las tres que observamos,
podría ser posible propulsar una nave a través de ella, quizá a velocidades
extremas. Sin embargo, esta idea proviene del trabajo de un oscuro físico
llamado Burkhard Heim, cuyas ideas nunca pasaron un análisis detallado. Los
trabajos de Heim tienen poco crédito entre los físicos modernos por ser
bastante incomprensibles.
Viabilidad: virtualmente imposible.
Publicado
por Galileo en Odisea Cósmica el 17 de febrero de 2010.
Sistemas de
propulsión para viajar más lejos en el espacio.
Y 11: Cohetes de
antimateria
Una idea para propulsar naves a grandes
velocidades en el espacio es el uso de antimateria.
La
colisión de partículas y antipartículas es el proceso más energético del
universo, bastante más que las reacciones de fusión nuclear. En teoría unos
pocos gramos de antimateria serían suficientes para un viaje interestelar.
Sin
embargo, en nuestro universo no observamos fácilmente antimateria, entre otras
cosas porque casi instantáneamente chocaría con la omnipresente materia
aniquilándose en un poderoso estallido de rayos gamma.
La
antimateria en la naturaleza fue descubierta por el físico norteamericano Carl
Anderson en 1933. Anderson detectó antiprotones en los rayos cósmicos, pero no
fue hasta 1955 cuando los científicos pudieron crear antimateria por primera
vez en el laboratorio.
Es
posible generar antimateria en los aceleradores de partículas en nuestro
planeta. Sin embargo, la realidad hasta ahora es que en estas instalaciones la
vida de estas antipartículas es cortísima puesto que colisionan rápidamente con
partículas de materia. Además el costo de tan sólo un miligramo sería
prohibitivo, se estima entre 10.000 a 15.000 millones de dólares.
Otro
importante problema sería cómo almacenar la antimateria. Esto podría hacerse en
trampas de confinamiento magnético, en las que debería existir un vacío
perfecto y la existencia de campos magnéticos que retuvieran las partículas y
evitasen que colisionaran con las paredes de materia del depósito. Esto sólo
podría ser válido para partículas cargadas como el antiprotón o el positrón,
por ejemplo. Sin embargo, sería inútil para antipartículas neutras como es el
caso del antineutrón.
Otro
problema es que la tremenda energía generada por la aniquilación de antimateria
en una nave provocaría un poderoso efecto de retroceso, y una aceleración de
muchas g, que tendría un efecto potencialmente peligroso para los tripulantes
de la nave.
Investigadores
de la Universidad de Penn State han concebido un motor de antimateria para
propulsar la nave. También sería necesario incorporar un sistema de
amortiguadores lo suficientemente robusto como para sobrevivir a las colisiones
de materia-antimateria y que además pudiese proteger a la tripulación.
Publicado
por Galileo en Odisea Cósmica el 26 de febrero de 2010
Y pico: Grabitador Quántico
Basado
en la capacidad que tiene la gravedad para alterar el espacio-tiempo, aprovecharía
la energía del vacío quántico mediante la utilización del Efecto Casimir
[Dinámico] producido a gran escala en el interior de un inmenso sistema de
esferas dieléctricas, múltiple [Muñecas rusas/cebollas] y concéntricas
fabricadas con meta-materiales y con diferencias de grosor infinitesimales que,
al aproximar o separar [Distancias nanométricas] las paredes de las esferas al
girar en diferentes direcciones, generarían el espacio electromagnético de
Rindler en el que sería posible producir una versión amplificada del Efecto
Casimir [Dinámico] que por medio de la sincronización de las longitudes de onda
de la vibración que produce la materia al ser atravesada por las ondas del
campo gravitacional impulsaría la nave a través del espacio usando las mismas
ondas del campo gravitacional cuantizado del vacío como fuente de energía y medio,
"carretera" o superficie de desplazamiento.
Odisea Cósmica
es un blog de noticias y artículos sobre astronomía y astronáutica que nació
como un proyecto personal de Carlos Perla Hernández el 25 de octubre de 2008.
Así mismo participó como editor de Odisea Cósmica en la edición de la Campus Party México 2010.
Aunque el Blog Odisea Cósmica ha permanecido
inactivo desde el 17 de diciembre de 2012 la mayoría de sus aportaciones siguen
siendo validas hoy en día [13/05/2016].
