Asistencias gravimagnéticas con velas de luz para viajar a Alfa Centauri

Proxima Centauri es la estrella más cercana. Y además ahora sabemos que tiene un planeta potencialmente habitable y un sistema de anillos de polvo tremendamente interesante a su alrededor. No es de extrañar que se haya convertido en el objetivo lógico para la primera misión interestelar. Pero el viaje interestelar es realmente difícil. La única tecnología realista que promete ser capaz de llegar a Proxima a largo plazo sin recurrir a soluciones de ciencia ficción es la vela de luz. La iniciativa Breakthrough Starshot quiere llevar esta tecnología un paso más allá y construir un enjambre de minúsculas nanovelas láser de tipo StarChip para viajar hasta Proxima. Pero, suponiendo que podamos resolver todos los problemas técnicos para viajar hasta allí, que es mucho suponer, ¿cómo frenamos?

Una vela láser acelerando para alejarse de la Tierra (Breakthrough Starshot).
Una vela láser acelerando para alejarse de la Tierra (Breakthrough Starshot).

La opción más famosa, propuesta por el ‘padre’ de las velas láser Robert L. Forward, es usar una vela por etapas, pero esta técnica requiere un potentísimo láser en órbita terrestre. Precisamente una de las técnicas con las que Breakthrough Starshot quiere reducir la complejidad del proyecto es limitar la fase de impulso mediante láser a las primeras horas o días después del despegue. Una alternativa, propuesta el año pasado por René Heller y Michael Hippke, pasa por utilizar la gravedad las dos estrellas de Alfa Centauri A y B para reducir la velocidad de la sonda y enviarla hacia Proxima. Esta técnica de maniobras fotogravitatorias tiene una “pequeña” pega, y es que el tiempo de vuelo dispara de 20 años hasta unos 140 años. ¿No hay más alternativas? Pues sí, las asistencias gravimagnéticas.

Trayectoria con maniobras fotogravitacionales para estudiar las tres estrellas del sistema Alfa Centauri (René Heller).
Trayectoria con maniobras fotogravitatorias para estudiar las tres estrellas del sistema Alfa Centauri en menos de dos siglos (René Heller).

René Heller y Michael Hippke han concebido esta técnica junto a Duncan Forgan como forma de depurar su propuesta de viaje a Proxima del año pasado. Si la sonda tiene una carga eléctrica no nula puede usarla para maniobrar en las cercanías de la estrella aprovechando la fuerza de Lorentz generada por el campo magnético estelar. La idea de usar velas magnéticas no es nueva, aunque es la primera vez que se analiza en detalle para un viaje a Proxima. La clave es buscar la cantidad de carga eléctrica adecuada para que su intensidad sea comparable a la presión de radiación de la luz y la gravedad.

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Carga por unidad de masa de una vela de luz en función de la velocidad para contrarrestar la presión de radiación (Forgan et al.).

Para una vela de luz diez metros cuadrados situada a cinco radios solares del Sol, una carga de diez microculombios por cada gramo de masa es suficiente para que la fuerza de Lorentz sea comparable a la gravedad o a la presión de radiación. Si aumentamos la carga un orden de magnitud hasta alcanzar los 100 µC/g la fuerza magnética pasa a ser el factor dominante y, esto es fundamental, lo es independientemente de la velocidad de la sonda. Si la carga es positiva esto nos permite alcanzar órbitas muy cercanas alrededor de Proxima —o el sistema de Alfa Centauri— que antes eran imposible. Y no solo eso, la vela podría entrar primero en órbita alrededor de una estrella y luego volver a salir del sistema orientándose adecuadamente para cambiar el equilibrio entre la presión de radiación y la Fuerza de Lorentz, lo que haría factible explorar detenidamente Alfa Centauri A y B, además de Proxima, en una única misión.

Trayectorias cercanas a Alfa Centauri A posibles con asistencias gravimagnéticas (Forgan et al.).
Trayectorias cercanas a Alfa Centauri A posibles con asistencias gravimagnéticas (Forgan et al.).

Pero no todo son ventajas. La fuerza magnética puede amplificar los errores en la trayectoria de tal forma que la sonda puede pasar por la estrella a centenares de millones de kilómetros del punto previsto. Si lo que queremos es estudiar planetas como Proxima b no hace falta decir que este error sería fatal. En el caso de que la carga sea negativa surge además otro problema, y es que la vela podría describir arcos cerrados o abiertos de forma casi caótica, aunque este comportamiento depende de la dirección en la que la vela se acerque a la estrella, ya que si se elige la orientación opuesta el resultado sería el contrario al descrito. Es importante saber por tanto qué carga puede obtener la vela de forma natural al pasar por el medio interplanetario de nuestro sistema solar y por el medio interestelar. Curiosamente, la respuesta no está clara. Los modelos favorecen una carga negativa al atravesar el sistema solar, pero en el medio interestelar parece que es más probable la emisión de electrones por la sonda, así que la carga sería positiva. ¿Cuál de los procesos es el dominante? No se sabe, pero todo indica que es el primero. Otro punto a tener en cuenta es que la carga debe ser uniforme. En caso contrario la vela comenzaría a dar vueltas sobre si misma sin control, una opción desastrosa. También podemos cargar artificialmente la vela, pero recordemos que estamos hablando de sondas muy pequeñas y simples.

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Trayectorias en bucle para una vela con carga negativa (Forgan et al.).

El potencial de las asistencias gravimagnéticas para el viaje interestelar es enorme, pero todavía desconocemos muchos datos sobre cómo adquiere carga eléctrica un objeto que viaja por el sistema solar y el medio interestelar a un porcentaje importante de la velocidad de la luz. Sea como sea, seguro que el concepto dará mucho que hablar en el futuro.

Referencias:


36 Comentarios

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PacoPaco

El ser humano es capaz de eso y mucho más. Colonizaemos la galaxia. Pero no será este siglo, primero tenemos que pasar la crisis energética, solucionar el tema de la superpoblación, y esquivar la extinción. Quizás a partir del siglo que viene o el otro (si alguien conserva el conocimiento científico).

Antonio (AKA "Un físico")Antonio (AKA "Un físico")

Hemos tardado décadas en perfeccionar sistemas de control de vuelo en satélites a Marte y otros planetas; pero todavía siguen fallando.
Estos otros sistemas de control para mini satélites interestelares con mini-velas magnéticas podrían ser una realidad y acabar funcionando (quien sabe si con algún tipo de inteligencia artificial); pero no hoy, sino dentro de cien o doscientos años (ya que antes hay que hacerles muchas pruebas).
Nuestra galaxia es demasiado grande para colonizarla en tres o cuatro siglos. Una cosa es enviar sondas que ni beben, ni comen, ni respiran y otra enviar colonos a los planetas que orbitan otras estrellas de nuestra Vía Lactea.
Por otro lado, Paco, no entiendo qué quieres decir con “solucionar el tema de la superpoblación, y esquivar la exinción”. Explícalo más.

PacoPaco

El ser humano es capaz de eso y mucho más. Colonizaremos la galaxia. Pero no será este siglo, primero tenemos que pasar la crisis energética, solucionar el tema de la superpoblación, y esquivar la extinción. Quizás a partir del siglo que viene o el otro (si alguien conserva el conocimiento científico).

Fernando GeneraleFernando Generale

Y si en vez de una Minuscula vela solar enviamos cintas idénticas que realicen múltiples sobre vuelos a próxima B ??

AlxoAlxo

Me parece tan de ciencia ficción como los agujeros de gusano. Sobre el papel puede funcionar pero cuando los ingenieros se pongan manos a la obra pasará de una estimación de años a décadas de desarrollo para ir resolviendo nuevos problemas que vayan surgiendo. Aún sin una propuesta seria de motor nuclear ya estamos con conceptos extrañísimos

Jordi G.Jordi G.

No estoy de acuerdo. Esto son problemas de ingeniería. Con tiempo y recursos se pueden resolver. El tema de los agujeros de gusano es pura especulación.

Alfa AsterionAlfa Asterion

Creo que la solución pasa por lo mismo. Propulsión nuclear. Y una sonda de gran tamaño con abundante devolución de conocimiento. Varias toneladas, varias asistencias gravitatoria al Sol Júpiter Saturno y si se puede a Pluto también…
Llegará.. talvez. Sabremos si llego… es más probable que mandar un chip GSM sin un teléfono móvil

AntonioAntonio

Estoy de acuerdo. Sigo viéndoles demasiados problemas a estas velas diminutas, el mayor de ellos cómo comunicarse con la Tierra. En vez de dedicar tanto tiempo a soluciones aparentemente fáciles que luego no lo son en absoluto, mejor sería ponerse en serio con la propulsión nuclear. Los 100 millones del proyecto Starshot se podrían usar para hacer avanzar la técnica de los fragmentos de fisión, o incluso la fusión nuclear de tipo flujo:

https://www.aa.washington.edu/resear...ublications

https://www.youtube.com/watch?v=25jRvzTPL4A

La propulsión nuclear te permite llevar una nave en condiciones, que pueda maniobrar a su antojo, que lleve una buena cantidad de instrumentos, y que en un futuro pueda llevar humanos.

YAGYAG

Según Daniel, la fisión no es práctica, y la nuclear por pulsos tampoco parece muy prometedora respecto a las velas… con «sólo» 25GW, para 33kg de masa útil llega.

AntonioAntonio

En ese enlace dice primero que sólo considerará naves no tripuladas, y cuando llega a la parte de la nuclear por pulsos se pone a hablar de tripuladas. De todas formas, no la descarta como forma de propulsión.

Y de los fragmentos de fisión no habla.

Por otra parte, el principal motivo que da para descartar los cohetes de fusión es que “al igual que la fusión controlada en reactores terrestres, los motores de fusión parecen estar a la vuelta de la esquina, pero nada indica que sea así”, lo cual es doblemente falso, primero porque eso es lo que dicen los detractores de la energía de fusión (que “siempre está a 30 años en el futuro”), no los que la investigan, y segundo, porque estos últimos tienen desde casi el principio de la historia de la investigación en fusión una medida precisa de su progreso, que les permite ver cómo de cerca están de conseguirlo (por lo que no han estado diciendo siempre eso de “30 años en el futuro”), el triple producto, y ese triple producto ha estado aumentando de forma bastante predecible:

https://www.euronuclear.org/e-news/i...r-plant.jpg

JxJx

El 17 de diciembre de 1903 los hermanos Wright se convirtieron en los primeros en realizar un vuelo en un avión controlado, han pasado 114 años y ya tenemos sondas interplanetarias, y la tecnología avanza mas rápido que antes, así en el lapso de nuestra existencia pareciera no avanzar la exploración espacial. Yo creo que en el lapso de un siglo lograremos muchas cosas que ahora parecen de ciencia ficción. seria como preguntarle a un navegante del la edad media si creía en que se pudiese ir al espacio o que pudiéramos comunicarnos “mágicamente” de un lado del mundo al otro en cuestión de segundos. Así que yo pienso que estos proyectos como la vela de luz, y otros apenas se están desarrollando en concepto pero algún día la veremos ”navegar” por el espacio interestelar así como ahora vemos cohetes (falcón aterrizando verticalmente).

AngelAngel

Esta vela viajaría se comunicaría con la tierra? Sacaría fotos? Llevaría instrumentos científicos?

fisivifisivi

Un artículo muy sugerente, que hace soñar con las posibilidades de viajar a la estrella más cercana, y a la vez nos avisa de las grandes dificultades que quedan por resolver para lograrlo.

Este método fotogravimétrico me parece ingenioso, pero pienso que sólo funcionaría abstrayéndose de datos de la realidad, muchos de los cuales desconocemos. Por ejemplo, no sabemos nada del campo magnético de Próxima, ni de las probabilidades de colisión con polvo interestelar, colisión que a esas velocidades sería catastrófica para unas naves tan minúsculas.

El uso combinado de cargas eléctricas, campos magnéticos y la radiación de las estrellas me parece lo más adecuado para viajes espaciales, pero creo que habría que aplicarlo a naves mayores, con capacidad de controlar su vuelo autónomamente y que dispongan de gruesos escudos que las protejan.

Seguro que no faltarán proyectos factibles de naves interestelares en los próximos años.

Para mí, haciendo ciencia ficción, sería ideal una nave alargada y magnetizada, con casi todo el cuerpo dedicado como escudo, llevando consigo una minimagnetosfera que le sirva a la vez de vela magnética (M2P2) y de protección contra las partículas ionizadas. Si tiene suficiente masa para mantener un anillo planetario de polvo, este serviría además como vela de luz.

fisivifisivi

¿Se podría construir una vela de luz con polvo cargado eléctricamente orbitando en torno a una nave con carga opuesta?

Francisco CanteroFrancisco Cantero

Hasta que no se desarrolle un sistema de empuje que nos lleve a la velocidad de la luz como minimo,olvidaros.Yo he sido testigo de algo que se puede denominar OVNI y no vi ninguna salida de gases por su parte posterior y efectuo una maniobra a una velocidad que no lo hace ningun avion, en angulo

J.-F. Pascual-SánchezJ.-F. Pascual-Sánchez

El gravi(to)magnetismo no tiene nada que ver con lo que se dide en el blog, ya que en este caso se trata de una fuerza electromágnetica.
El gravi(to)magnetismo es una interacción gravitatoria producida por masas en movimiento de traslación o en rotación. Esta interacción no aparece en la teoría de Newton, pero si en la de Einstein, y su existencia ha sido comprobada experimentalmente.

Raúl NaranjoRaúl Naranjo

¿En serio alguien se cree que esto va a funcionar? No, de verdad, ¿alguien que tenga dos dedos de frente se lo cree?

Carlos MatemáticoCarlos Matemático

La tecnología de las velas está en pañales. Ahora, todas las tecnologías exitosas también lo estuvieron. Desde el concepto científico a la etapa de diseño y de ahí a la concreción ingenieril, puede pasar mucho tiempo. Pero es bueno que se vaya recorriendo el camino. Estas propuestas, con sus distintas variantes, aún están en la etapa de concepto. Ahora bien, es muy poco lo que conocemos más allá del Sistema Solar y posiblemente aparezcan dificultades que ni siquiera imaginamos. Pero resulta que ahora tenemos un objeto extrasolar, alcanzable con nuestra actual tecnología y lo estamos dejando escapar. Me refiero a Oumama (¡qué lastima que no lo hayan nombrado Rama!) http://danielmarin.naukas.com/2017/1...bboumuamua/. Quizás pasen siglos hasta que tengamos una nueva oportunidad. No es indispensable que la sonda que enviemos se pose al estilo Rosetta. Con que pueda alcanzarlo y sobrevolarlo, puede darnos muchísima información. Ni que hablar de otros beneficios secundarios, como el hecho de enviar una sonda que alcance mayor velocidad que ninguna otra construida

Raúl NaranjoRaúl Naranjo

Nada de nada. Mucha inversión, esfuerzo y problema para semejante mierda. He visto muchos proyectos de Marte y sondas al espacio profundo de los 70s-80s y es lo mismo de absurdo y de irrealista.

AntonioAntonio

Hace unos días escuché una entrevista de Robert Zubrin (el inventor de las velas magnéticas, junto con Dana Andrews) en que le preguntaron por Oumuamua y él contó un caso parecido que le pasó cuando trabajaba para Martin-Marietta (la antecesora de Lockheed Martin). Era la época en que se descubrió el cometa Hale-Bopp (que tiene un periodo de 25 siglos) y en la empresa se plantearon si podrían diseñar y construir una sonda para visitarlo. Sólo tenían 3 años para hacerlo. Estuvieron unas semanas planificando y estudiando posibles misiones pero al final decidieron que era imposible tener lista una sonda en tan poco tiempo.

Raúl NaranjoRaúl Naranjo

“Sólo tenían 3 años para hacerlo. Estuvieron unas semanas planificando y estudiando posibles misiones pero al final decidieron que era imposible tener lista una sonda en tan poco tiempo.”

Y además de los fondos y el interés político. Muchas barreras para una oportunidad única. Al igual que los planes actuales, aunque, esto ya fuera de este tema, yo veo bien el actual presupuesto de la NASA (a partir de la ESA, un poco bajo). Por saber, ¿tú que opinas?

AntonioAntonio

La parte económica y política no la sabes. Era un proyecto exclusivo de Martin-Marietta, ideado por ellos para proponérselo a la NASA. Hicieron un estudio previo y vieron que no les daría tiempo, así que abandonaron la propuesta antes de hacerla.

AntonioAntonio

¿Qué opino sobre qué exactamente? ¿El presupuesto para perseguir a Oumuamua o el presupuesto en general?

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