Viaje interestelar: Con la vela adecuada a las estrellas

El proyecto StarShot, puesto en marcha por el multimillonario ruso, quiere utilizar los láseres para llevar diminutas naves espaciales de pocos gramos de peso a una velocidad tal que puedan llegar a las estrellas más cercanas al sol en una generación en lugar de en unas decenas de miles de años, que es el tiempo que necesitarían las naves espaciales según el estado de la tecnología actual o del futuro próximo. Mis lectores conocen el concepto de la trilogía Proxima. Para ello, estos minibuses disponen de una vela sobre la que se puede disparar el láser. Esta vela, de unos tres metros de diámetro, debe ser inimaginablemente ligera, pero lo suficientemente fuerte como para soportar el fuego de los láseres.

Gran parte de las investigaciones anteriores en este campo han asumido que el sol proporciona pasivamente toda la energía necesaria para que las velas ligeras se pongan en movimiento. Sin embargo, el plan de Starshot para que sus naves alcancen velocidades relativistas de una quinta parte de la velocidad de la luz requiere una fuente de energía mucho más dirigida. Una vez en órbita, un enorme conjunto de láseres terrestres dirigiría sus haces hacia la vela, proporcionando una intensidad de luz millones de veces superior a la del sol. Y eso con una pieza de tejido (capas ultrafinas de óxido de aluminio y disulfuro de molibdeno, para ser exactos) mil veces más fina que una hoja de papel. ¿Cómo se construye una vela tan duradera para que pueda soportar mil veces la aceleración debida a la gravedad? Los investigadores han publicado sus ideas al respecto en la revista Nano Letters.

Uno de estos trabajos, presentado por el físico Igor Bargatin, muestra que las velas ligeras de Starshot deben inflarse como un paracaídas y no permanecer planas, como habían supuesto las investigaciones anteriores. «La intuición aquí es que una vela muy estirada, ya sea en un velero o en el espacio, es mucho más propensa a agrietarse», dice Bargatin. En lugar de una placa plana, Bargatin y sus colegas sugieren que una estructura curvada tan profunda como ancha soportaría mejor la tensión de la hiperaceleración de la vela. «Los fotones del láser inflan la vela como el aire infla una pelota de playa», explica Matthew Campbell, investigador postdoctoral del grupo de Bargatin y autor principal del primer artículo. «Y sabemos que los contenedores ligeros presurizados deben ser esféricos o cilíndricos para evitar que se agrieten. Piensa en los depósitos de propano o incluso en los de combustible de los cohetes».

Otro artículo, dirigido por el investigador de materiales Aaswath Raman, arroja luz sobre cómo la estructuración a nanoescala de la vela podría disipar con mayor eficacia el calor que emana de un rayo láser un millón de veces más potente que el sol. «Cuando las velas absorben incluso una pequeña fracción de la luz láser incidente, se calientan hasta alcanzar temperaturas muy altas», explica Raman. «Para asegurarnos de que no se desintegren, tenemos que maximizar su capacidad de irradiar calor». Investigaciones anteriores sobre velas de luz han demostrado que el uso de un diseño de cristal fotónico, en el que el tejido de la vela está hecho con agujeros regularmente espaciados, maximizaría la capacidad de la estructura para irradiar calor. El nuevo trabajo de los investigadores añade otra capa de periodicidad: los investigadores quieren unir las pistas individuales del tejido de la vela en un entramado. Si el espaciado de los agujeros coincide con la longitud de onda de la luz y el espaciado de las pistas de tela coincide con la longitud de onda de la radiación térmica, la vela podría soportar un impacto inicial aún más fuerte, reduciendo el tiempo que los láseres tienen que permanecer en su objetivo.

«Hace unos años se consideraba descabellado pensar o hacer un trabajo teórico sobre ese concepto», dice Deep Jariwala, uno de los investigadores. «Ahora no sólo tenemos un diseño, sino que éste se basa en materiales reales disponibles en nuestros laboratorios. Ahora planeamos fabricar tales estructuras a pequeña escala y probarlas con láseres de alta potencia».

Representación artística de la nave Starshot Lightsail durante su aceleración por un conjunto de láseres en tierra (gráfico: Masumi Shibata, cortesía de Breakthrough Initiatives).

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris es físico y especialista en el espacio. Lleva mucho tiempo preocupado por las cuestiones espaciales, tanto a nivel profesional como privado, y aunque quería ser astronauta, tuvo que quedarse en la Tierra por diversas razones. Le fascina especialmente el "qué pasaría si" y a través de sus libros pretende compartir historias convincentes de ciencia ficción dura que podrían suceder realmente, y que algún día podrían suceder. Morris es autor de varias novelas de ciencia ficción de gran éxito de ventas, como la serie Enceladus.

    Brandon es un orgulloso miembro de la Science Fiction and Fantasy Writers of America y de la Mars Society.