Los viajes interestelares (la capacidad de ir más allá de nuestro Sistema Solar y adentrarse en las estrellas) han estado durante mucho tiempo en la lista de deseos de la humanidad, pero hasta ahora se han visto desconcertados por la aparentemente insuperable inmensidad del espacio.
Nuestra estrella más cercana, Próxima Centauri, está a la asombrosa distancia de 4,24 años luz (40 billones de kilómetros, o 25 billones de millas). Incluso viajando a su velocidad actual de alrededor de 56.000 km/h, la nave espacial Voyager 1 de la NASA tardaría casi 73.000 años en cubrir esa distancia.
Según todos los indicios, la espera es demasiado larga.
Pero el 23 de abril, la NASA dio un paso de gigante hacia viajes interestelares viables con el lanzamiento de su Sistema Avanzado de Vela Solar Compuesta desde una plataforma de lanzamiento en Nueva Zelanda.
Tanto los expertos como los fanáticos de la ciencia ficción están conteniendo la respiración para ver si este nuevo sistema, que utiliza velas livianas en lugar de cohetes para impulsar la nave a través del espacio, podría derribar la puerta a una nueva era de viajes espaciales de larga distancia.
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Cómo funcionan las velas solares
La mayoría de las naves espaciales, incluidas las Voyager 1 y 2, son impulsadas a través del espacio mediante propulsores, y el impulso del combustible expulsado empuja a la nave espacial.
Estos sistemas funcionan muy bien, es decir, hasta que te quedas sin combustible. Esto impone una limitación importante a las velocidades que se pueden alcanzar, especialmente teniendo en cuenta que el combustible es pesado y las naves espaciales necesitan una gran cantidad sólo para escapar de la gravedad de la Tierra.
Pero ¿qué pasaría si existiera un suministro externo y casi ilimitado de combustible? Bueno, resulta que sí existe: el Sol.
La luz del Sol (como toda la luz) está formada por partículas llamadas fotones. Y aunque estos no tienen masa, sí tienen impulso. Utilizando enormes velas reflectantes, las naves espaciales pueden absorber este impulso a medida que los fotones golpean y rebotan en ellas.
Aquí en la Tierra no se llegaría muy lejos usando esta energía (de ahí que nadie haya cruzado el Atlántico con energía solar), pero en el espacio, donde no hay resistencia del aire, todo lo que se necesita es un ligero empujón del Sol.
“Aunque cada fotón tiene sólo un poquito de impulso, el Sol produce una gran cantidad de fotones. Y así, con el tiempo, aunque aceleras comparativamente lentamente, obtienes una aceleración continua mientras puedas ver la luz de la estrella”, dijo el profesor Patrick Johnson, autor de La física de Star Warsdice Enfoque científico de la BBC.
Aparte de eso, estos sistemas funcionan de manera similar a un velero típico: incluso puedes virar ‘contra el viento’ hacia el Sol si así lo deseas.
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La capacidad de un sistema de vela solar para acelerar su nave depende de tres componentes: el tamaño de la vela, la masa de la nave espacial y la distancia al Sol.
Los dos primeros componentes son relativamente sencillos de abordar. Todo lo que necesitas hacer es hacer una vela solar lo más grande posible y que todo sea razonablemente liviano.
La distancia al Sol es un poco más complicada de navegar. La intensidad de la luz de una fuente como el Sol sigue lo que se conoce como ley del cuadrado inverso, lo que significa que cada vez que duplicas tu distancia al Sol, la cantidad de luz solar que llega a un área determinada disminuye en una cuarta parte.
Pero los científicos han ideado algunas formas ingeniosas de solucionar el problema de la distancia.
Una de ellas se conoce como maniobra de tirachinas, algo que ya hacen muchas naves espaciales para navegar por el Sistema Solar. La NASA estima que lanzando un pequeño satélite alrededor del Sol a una distancia de entre dos y cinco radios solares (1,4 millones – 3,5 millones de kilómetros), se podrían alcanzar velocidades superiores a 108.000 km/h, aproximadamente el doble de lo que se mueve la Voyager 1.
Aún así, podemos hacerlo mejor. En 2016, Breakthrough Initiatives anunció sus planes para una misión al sistema estelar triple Alpha Centauri utilizando potentes láseres que podrían dar a la nave espacial un impulso adicional.
En teoría, estas naves espaciales podrían alcanzar velocidades cercanas al alucinante 20 por ciento de la velocidad de la luz (216 millones de km/h). Eso situaría a Alpha Centauri en alcance en sólo 20 años.
“Es asombroso, ridículo e increíble pensar que podríamos llevar una nave espacial hecha por humanos a otro sistema estelar durante mi vida”, exclama Johnson. “Hasta donde yo sé, tenemos toda la tecnología que necesitamos; sólo necesitamos que se destinen los fondos a ello”.
A pesar de su entusiasmo, Johnson señala que todavía quedan algunos detalles que deben resolverse. “No sé las implicaciones de lo que podría suceder si apuntáramos nuestro láser más poderoso a una de estas cosas. Quizás tengamos que preocuparnos de que el rayo se refleje hacia la Tierra y queme un bosque o algo así. Obviamente, no queremos hacer eso”.
¿Podrían los humanos algún día navegar hacia otra estrella?
En principio, esta tecnología algún día podría permitir que los humanos sean una especie interestelar, dice Johnson, aunque todavía estamos un poco lejos de eso.
La diferencia entre enviar un pequeño satélite no tripulado y lo que debería ser una misión humana intergeneracional es bastante marcada.
“Necesitaríamos un barco mucho más grande, capaz de traer la infraestructura necesaria para un siglo para producir alimentos y suministros médicos, además de todas las demás consideraciones”.
También habría que tener en cuenta efectos relativistas, ya que el tiempo se moverá comparativamente más lentamente para los humanos que viajan a una fracción significativa de la velocidad de la luz. Al 20 por ciento de la velocidad de la luz, por ejemplo, “los efectos serían pequeños, pero no insignificantes”, dice Johnson.
Según Johnson, la barrera más grande es el costo. Aunque ahora son monumentales, espera que los costos puedan reducirse en un futuro no muy lejano una vez que se establezcan colonias humanas en la Luna y Marte.
¿Qué es exactamente la misión de vela solar de la NASA?
El Sistema Solar Compuesto Avanzado de la NASA está diseñado como una demostración de la tecnología de velas solares para probar un nuevo brazo liviano hecho de polímeros flexibles y materiales de fibra de carbono.
Después de alcanzar una órbita de unos 1.000 kilómetros (600 millas) sobre la Tierra, el CubeSat de tamaño 12U (una clase de nanosatélites del tamaño de un horno de microondas) comenzará a desplegar sus velas.
En un proceso que tardará unos 25 minutos en completarse, el satélite desplegará velas que abarcarán 80 metros cuadrados (poco menos de la mitad del tamaño de una cancha de tenis). Las cámaras a bordo capturarán el despliegue, así que espere imágenes épicas en los próximos días.
La gran vela reflectante hará que la nave sea fácilmente visible desde la Tierra; incluso podría ser tan brillante como Sirio, la estrella más brillante del cielo nocturno.
“Siete metros de los brazos desplegables se pueden enrollar hasta adoptar una forma que cabe en la mano”, dijo el ingeniero de sistemas líder de la misión, Alan Rhodes, en una publicación de la NASA sobre la misión.
Una vez operativa, el equipo de la NASA planea probar una serie de maniobras con las velas diseñadas para cambiar la órbita de la nave espacial y recopilar datos valiosos para futuras misiones de velas solares.
La esperanza es que esta tecnología en auge pronto pueda soportar velas solares del tamaño de una cancha de baloncesto en un futuro próximo y que la tecnología resultante del éxito de las misiones pueda incluso aplicarse algún día a velas del tamaño de medio campo de fútbol.
Acerca de nuestros expertos
Patricio Johnson es profesor asociado en el Departamento de Física de la Universidad de Georgetown y autor de La física de Star Wars. Johnson, que obtuvo su doctorado en la Universidad de Washington en St. Louis, ha publicado su trabajo sobre mecánica cuántica en la revista Revisión física diario.
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