Breakthrough Starshot: una sonda para viajar a Alfa Centauri en 20 años (o qué es una nanovela láser)

Por Daniel Marín, el 12 abril, 2016. Categoría(s): Astronáutica ✎ 86

Que todo el mundo comience a hablar de repente sobre velas láser para viajar a las estrellas más cercanas es, por decir algo, raro. Si además el anuncio coincide con el 55º aniversario del primer vuelo espacial tripulado de la historia, pues la cosa es más surrealista todavía. ¿De verdad alguien ha anunciado en serio su intención de realizar un viaje interestelar en unas décadas? Pues sí. Estamos hablando, como no, de la iniciativa Breakthrough Starshot —el nombre mola mucho, eso hay que decirlo—, creada por el millonario y físico ruso Yuri Milner, el cual, me chiva la Wikipedia, ha invertido en casi todas las redes sociales que existen y en alguna que está por aparecer. De paso, su origen me sugiere que no es casualidad el que haya elegido el Día de la Cosmonáutica y el aniversario de la gesta de su tocayo Yuri para presentar la iniciativa.

Una nanovela láser para viajar a Alfa Centauri (Breakthrough Starshot).
Una nanovela láser para viajar a Alfa Centauri (Breakthrough Starshot).

Antes de analizar de qué va todo esto, evidentemente el que la iniciativa cuente con el respaldo de gente como Stephen Hawking y Mark Zuckerberg ha creado una expectación similar a… bueno, a cualquier cosa que sea respaldada por Stephen Hawking y Mark Zuckerberg al mismo tiempo. Breakthrough Starshot no es exactamente un proyecto que quiera crear una sonda interestelar basada en la propulsión láser. Y no lo es porque simplemente no tenemos todavía la tecnología para hacerla realidad. Precisamente, Breakthrough Starshot es un programa que pretende invertir cien millones de dólares durante los próximos años para saber cuáles son las dificultades tecnológicas precisas de tamaña aventura.

¿Y qué es eso de propulsión a base de velas láser? Recapitulemos un poco. Hasta los años 60, para ser exactos, porque las velas láser son tan antiguas como los propios láseres. Poco después de que se inventase un dispositivo capaz de emitir luz coherente allá por 1960, el físico y escritor de ciencia ficción Robert L. Forward propuso usarlo para propulsar una vela solar. El concepto era simple. La presión de radiación de la luz procedente del Sol ejerce un pequeño pero continuo empuje que puede ser usado para mover una vela solar (como la japonesa Ikaros). Esto está bien para viajar por el sistema solar interior, pero el problema de las velas solares de cara al viaje interestelar es, obviamente, que la intensidad de la luz decrece con el cuadrado de la distancia. A pesar de todo, las velas solares son uno de los métodos más prometedores para llevar a cabo un viaje interestelar no tripulado con la tecnología actual. Una sonda que realice una maniobra de asistencia gravitatoria con el Sol puede usar una vela solar durante su paso por el perihelio para acelerar drásticamente aprovechando el efecto Oberth. Por eso no es de extrañar que la NASA o la ESA hayan estudiado conceptos de sondas interestelares que usan velas solares capaces de alcanzar velocidades de 20 UA/año (30 000 millones de kilómetros al año).

Vela solar japonesa Ikaros 1 (JAXA).
Vela solar japonesa Ikaros (JAXA).

Pero volvamos a las velas láser. Forward se dio cuenta de que la relativamente baja dispersión de un haz láser permite iluminar una vela solar continuamente, aumentando su velocidad hasta velocidades compatibles con el viaje interestelar tripulado (un eufemismo para decir que un astronauta puede llegar a su destino antes de morir de viejo). En 1969 el canadiense Philip Norem perfeccionaría el concepto de Forward de nave interestelar propulsada por láser, pero había dos pequeñas pegas que se interponían entre esta brillante idea y la realidad. Una era que la vela láser debería ser increíblemente fina e increíblemente grande para acelerar a velocidades relativistas. Y uso increíble en el sentido literal. Por ejemplo, Norem imaginó una vela láser de 40 kilómetros de diámetro con un espesor de solo 0,3 micras (!) capaz de mantenerse a una temperatura de 1200º C de forma constante sin perder una reflectividad de un 99% en la longitud de onda del láser (si la reflectividad fuera inferior, la temperatura de la vela aumentaría y esta se vaporizaría). Vamos, unas características de ciencia ficción pura y dura.

Robert L. Forward.
Robert L. Forward.

El otro ‘problemilla’ tenía que ver con el láser. Para mandar una nave a otra estrella necesitamos un láser realmente grande, más que nada porque un haz láser también se dispersa con la distancia. Norem calculó que para enviar su nave tripulada a Alfa Centauri necesitaría un láser de luz amarilla de 270 kilómetros de diámetro. Sí, has leído bien. 270 kilómetros, el tamaño de una pequeña luna. En cuanto a la potencia requerida, mejor ni hablamos, pues se estimaba que debía rondar los 10^16 vatios, mucho más de lo que nuestra civilización es capaz de generar. A pesar de todo, el concepto de vela láser se hizo popular en la ciencia ficción y muchos escritores usaron este tipo de naves en sus novelas, como es el caso de la obra de 1975 La paja en el Ojo de Dios, de Larry Niven y Jerry Pournelle.

En los años 70 y 80 aparecieron versiones del concepto original de Forward-Norem que prometían solucionar los inconvenientes originales. Algunos propusieron usar láseres de rayos X para reducir el diámetro del láser (los láseres de rayos X se dispersan menos). Aunque también es cierto que nadie sabía como construir láseres de rayos X de semejante potencia y que estuviesen en funcionamiento durante décadas. Forward también revisó su idea original y en 1984 se le ocurrió una vela láser tripulada más realista. Ahora se usaría una lente Fresnel gigante o ‘paralente’ que flotaría en el espacio a gran distancia del láser. La paralente tendría 50 000 kilómetros de diámetro (!!!) y una masa de 50 000 toneladas. Esta lente focalizaría el haz láser, reduciendo la necesidad de emplear un dispositivo gigante. La propia vela estaría formada por tres ‘etapas’ que permitirían un viaje interestelar de ida y vuelta a las estrellas cercanas. La vela de Forward de 1984 tendría un diámetro de mil kilómetros y un espesor de 16 micras, con una temperatura inferior a los 400º C. No estaba nada mal, pero el láser debía seguir siendo una enorme instalación orbital con una potencia descomunal.

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Vela láser tripulada con tres etapas (Robert Forward/Hughes).

En 1983 el famoso físico Freeman Dyson —padre de la nave Orión que usaba armas nucleares como sistema de propulsión y de las esferas Dyson— sugirió emplear máseres —o sea, láseres de microondas— para permitir que la vela tuviese agujeros y fuese más ligera. Inspirado por Dyson, Forward ideó en 1985 la sonda Starwisp, una vela máser de tan solo 16 gramos con una carga útil de 4 gramos. (Forward pensó que la nanotecnología del siglo XXI permitiría semejantes niveles de miniaturización). Gracias a su pequeño tamaño, Starwisp sería capaz de usar un láser de ‘solo’ 10 o 50 gigavatios y acelerar al 20% de la velocidad de la luz (60 000 km/s) en pocos días (!!). De esta forma, Starwisp llegaría a Alfa Centauri en unos veinte años y usaría la propia vela como antena para transmitir los datos a la Tierra (que tardarían otros 4,4 años en llegar, lógicamente). El concepto Starwisp fue revisado por el científico de la NASA Geoffrey Landis en 2000. De acuerdo con Landis, Starwisp sería ahora una vela de 1 kg (con 80 g de carga útil) y podría alcanzar el 10% de la velocidad de la luz con un láser de 56 gigavatios, por lo que tardaría cuarenta años en llegar a Alfa Centauri.

Concepto Starwisp (Robert L. Forward/Hughes).
Concepto Starwisp (Robert L. Forward/Hughes).

Y, fast forward hacia el presente, llegamos a la iniciativa Breakthrough Starshot que ha sido anunciada hoy. Milner quiere mandar a Alfa Centauri una vela láser de aproximadamente un gramo usando nanotecnología de forma que un simple chip incluya sensores, cámaras, sistemas de navegación y demás cosas de esas que tienen las naves espaciales. Del mismo modo, la vela tendría apenas unas micras de espesor y un tamaño de apenas 4 metros de diámetro. En cuanto al láser, Milner sugiere emplear conjuntos de láseres con una potencia de cien gigavatios y un tamaño del orden de kilómetros que podrían estar situados en zonas alta de la superficie terrestre para ahorrar el coste del traslado al espacio (a cambio de asumir las pérdidas debidas a la atmósfera).

¿Les suena la idea? Pues sí amigos, ¡es Starwisp redivivo! Pero hay diferencias muy importantes. Starshot no sería una única nave, sino que consistiría muchas —quizás cientos o miles— de nanovelas láser aprovechando su baja masa y coste. La flota de nanovelas llegaría a Alfa Centauri en veinte años y usaría el mismo haz láser para enviar los datos de vuelta a casa. Starshot estará dirigido por Pete Worden, antiguo jefe del centro Ames de la NASA y contará con la colaboración, entre otros, de Ann Druyan y del mismísimo Freeman Dyson, entre otros. Milner cree que a partir de esta iniciativa se podrían lanzar nanovelas reales dentro de veinte o treinta años, así que más te vale seguir vivo para 2050 si quieres ver las primeras imágenes de los planetas que puedan existir alrededor de una de las dos estrellas del sistema doble de Alfa Centauri.

Haz de láseres para propulsar las nanovelas (Breakthrough Starshot).
Haz de láseres para propulsar las nanovelas (Breakthrough Starshot).

Pero, ¿cómo de realista es esta iniciativa? Como vemos, poco se ha avanzado desde que Dyson y Forward propusieron el concepto de Starwisp en los años 70. A día de hoy un viaje interestelar de este tipo es inviable sin una inversión astronómica, seguramente muy superior a los cinco mil millones de dólares que estima Milner como coste del proyecto. Dejando la tecnología láser a un lado, nada garantiza que seamos capaces de crear sondas nanotecnológicas que puedan funcionar durante treinta años o más. En definitiva, siguen existiendo muchas incógnitas, pero esperemos que por lo menos Breakthrough Starshot sea capaz de identificar hasta qué punto este proyecto está a nuestro alcance. Lo único que lamento es que Forward ya no esté entre nosotros. Le habría encantado ver a todo el mundo hablando de velas láser.

Vídeo de la iniciativa:

Más info:

  • http://breakthroughinitiatives.org/
  • http://www.geoffreylandis.com/lightsail/lightsail89.html
  • http://orbitalvector.com/Deep%20Space%20Propulsion/Solar%20Sails/Solar%20Sails.htm
  • http://www.scientificamerican.com/article/100-million-plan-will-send-probes-to-the-nearest-star1/
  • http://www.centauri-dreams.org/?p=35402


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