¿Cómo frenar una vela láser para estudiar Próxima b?

Por Daniel Marín, el 6 febrero, 2017. Categoría(s): Astronáutica • Estrellas ✎ 90

Próxima b es el planeta extrasolar potencialmente habitable más cercano a la Tierra. Desde que se descubrió en agosto de 2016 se ha convertido gracias a su cercanía en el candidato ideal para una hipotética misión interestelar. En concreto, la iniciativa Breakthrough Starshot cambió inmediatamente su objetivo, que era estudiar el sistema vecino de Alfa Centauri, por Próxima. Recordemos que este proyecto pretende lanzar una flotillas de pequeñas velas láser de cuatro metros de diámetro y acelerarlas hasta una quinta parte de la velocidad de la luz para llegar a Próxima en unos veinte años. La iniciativa tiene muchos puntos débiles, pero ahora mismo todo el mundo está de acuerdo que es la única propuesta de misión interestelar que tiene alguna posibilidad de salir adelante con la tecnología actual.

Una vela láser se acerca a Próxima b (Max Planck Institute).
Una vela láser se acerca a Próxima b (Max Planck Institute).

Uno de los mayores problemas es cómo recabar toda la información necesaria en el escaso tiempo que le llevará a una nanovela láser el atravesar el sistema de Próxima. Efectivamente, a una velocidad de 60.000 kilómetros por segundo la vela láser pasará por el sistema en apenas dos horas. Muy poco tiempo para investigar la posible habitabilidad del planeta Próxima b. Entonces, ¿cómo se puede frenar una vela láser?

Obviamente no podemos esperar que haya un láser súperpotente alrededor de Próxima para frenar la vela. Otra opción, propuesta hace décadas por el físico Robert L. Forward, consiste en crear una vela láser de varias etapas para frenar la sonda. El problema de esta técnica es que las pequeñas velas del proyecto Breakthrough Starshot no pueden ser tan complejas por obvios motivos de tamaño y masa. Por este mismo motivo tampoco es factible usar motores químicos. Parecía que estuviésemos ante un callejón sin salida. Pero los investigadores Rene Heller y Michael Hippke han ideado una nueva técnica.

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Vela láser tripulada con tres etapas para frenar antes de llegar al destino (Robert Forward/Hughes).

La pareja ha demostrado que si la nanovela pasa primero por el sistema de Alfa Centauri puede modificar su trayectoria para alcanzar Próxima, frenando su velocidad en el proceso gracias a la luz del sistema doble. Según el plan de Heller y Hippke la vela se acercaría primero a an solo cuatro millones de kilómetros de Alfa Centauri A a 13.800 km/s (si va más rápido se pasaría de largo), o sea, casi el 5% de la velocidad de la luz. La sonda realizaría una maniobra de asistencia fotogravitatoria en Alfa Centauri A para dirigirse a Alfa Centauri B a una velocidad de 7500 km/s, un destino que alcanzaría tras solo cuatro días. Luego volvería a efectuar otra maniobra en Alfa Centauri B para viajar a Próxima a 1280 km/s, por lo que tardaría 46 años en llegar. Una vez allí bastaría un frenado de unas decenas de kilómetros por segundo —una nimiedad comparado con la velocidad original— para ponerse en órbita alrededor de la estrella, estudiando el sistema en detalle durante años. Esta técnica fotogravitatoria no es nueva. Es exactamente la misma que se ha propuesto en innumerables ocasiones para salir del sistema solar. Eso sí, Heller y Hippke la han refinado para justo el proceso opuesto y alrededor de otra estrella distinta del Sol. Y uno de los resultados es que la velocidad límite de llegada a Alfa Centauri A para realizar la maniobra es precisamente 13.800 km/h.

Trayectoria con maniobras fotogravitacionales para estudiar las tres estrellas del sistema Alfa Centauri (René Heller).
Trayectoria con maniobras fotogravitacionales para estudiar las tres estrellas del sistema Alfa Centauri (René Heller).

El inconveneinte de la misión que plantean Heller y Hippke es que la sonda no podría superar los 13.800 km/s para llevar a cabo la maniobra de asistencia fotogravitatoria alrededor de Alfa Centauri A y B en vez de los 60.000 km/s del proyecto original. El resultado es que el tour completo del sistema de Alfa Centauri hasta la llegada a Próxima se prolongará durante 140 años (95 años desde la Tierra a Alfa Centauri A y 46 años de Alfa Centauri B a Próxima) en vez de los veinte años que nos llevaría si fuéramos directamente hasta Próxima. La ventaja es que en esta versión de la misión se podrían estudiar las tres estrellas del sistema y los posibles planetas que también existan alrededor de Alfa Centauri A y B (por el momento no se ha descubierto ninguno).

Cambios en la velocidad después de las asistencias fotogravitatorias (Heller et al.).
Cambios en la velocidad después de las asistencias fotogravitatorias (Heller et al.).
Tiempo de vuelo hasta Alfa Centauri A en función de la velocidad inicial y la masa por unidad de superficie de la vela (Heller et al.).
Tiempo de vuelo hasta Alfa Centauri A en función de la velocidad inicial y la masa por unidad de superficie de la vela (Heller et al.).

Por esta razón Heller y Hippke plantean esta trayectoria para una eventual misión posterior a Breakthrough Starshot con una sonda más grande. Los cálculos de las simulaciones de los dos investigadores se basan en una vela de cien gramos de masa y cien mil metros cuadrados de superficie, mucho más grande y pesada que los cuatro metros de diámetro y el gramo de masa de las nanovelas de Breakthrough Starshot y más parecida a la del proyecto Starwisp. Este tamaño es necesario para permitir que las velas láseres se conviertan en velas estelares alrededor de las estrellas de Alfa Centauri, o sea, que puedan usar la luz estelar para frenar y maniobrar, además de emplear la luz del Sol para salir del sistema solar. Por contra, las nanovelas de Breakthrough Starshot son tan pequeñas porque solo sirven para una aceleración inicial gracias a un conjunto de potentes láseres situados en tierra —cien gigavatios– que se activaran durante unos pocos minutos.

No nos engañemos, con esta trayectoria o sin ella Breakthrough Starshot se enfrenta a tantos desafíos técnicos que nadie sabe si este proyecto es realmente posible. ¿Puede nuestra tecnología crear un ‘chip-sonda’ de apenas un gramo que incluya todos los sistemas de una nave espacial —incluida una pequeña batería de plutonio-238— y que resista un viaje de dos décadas?¿Podemos crear velas láser ultrareflectantes de apenas un par de átomos de espesor?¿Es posible emitir datos con un láser de un vatio de potencia desde Próxima hasta la Tierra?¿Se puede construir un espectrógrafo y una cámara que tomen datos de calidad del sistema de Próxima con una masa inferior a un gramo? Todo son incógnitas, pero si logramos superar estos desafíos el abismo interestelar estará casi a nuestro alcance.

Referencias:

  • https://www.mps.mpg.de/4819244/news_publication_11008550?c=2163
  • https://arxiv.org/pdf/1701.08803.pdf


90 Comentarios

  1. … y también estoy pensando…..
    además de recibir el empuje de nuestro láser , ¿no recibirá también el empuje del viento solar mientras sale de nuestro sistema, siendo mayor su aceleración? ¿no funcionaría en este caso, como una vela solar?.

    Y ya que funciona como vela solar empujada por el viento solar lejos de nuestra estrella, el Sol, también será frenada por el viento solar (o estelar), al llegar a la estrella de destino, ¿no?.

    (Joer, cuántas cosas pueden jorobar el proyecto si no se tienen en cuenta).

  2. Asistencias fotogravitatorias, instrumentos que pesan gramos… voilà, quiero conocer su camello… si algo asi fuera plausible en 100 años podría ser que fuera obsoleto antes de llegar y la empresa de software o entidad encargada de las comunicaciones haya perdido los planos XD.
    En fin, interesante. Esperemos un par de décadas para conocer algo mas del supuesto planeta habitable. Gracias Daniel por la entrada

  3. Lo propio sería probar esta tecnología dentro del propio sistema solar; digamos que enviando una vela mucho más «pesada» (un kilo) a la milésima parte de la velocidad de la luz, a un objeto lejano de la nube de Oort.
    Ya sería un reto formidable, que serviría para ganar experiencia y madurar la tecnología.

  4. A día de hoy no veo prioritario una misión de este calibre… Los telescopios espaciales nos pueden suministrar bastante información de proxima centauri sus exoplanetas… y de muxas otras estrellas próximas. Y antes de ver si somos capaces de enviar 1gramo de masa a 250.000 UA tras un viaje de un mínimo de 20 años, mejor será comprobar si somos capces de enviarnos a nosotros mismos a 1 UA de distancia

  5. Igual estoy diciendo una autentica burrada.

    Si estamos mandando un gramo a 60.000 km/s , no estariamos enviando realmente un proyectil con una energia equivalente de 3,6 x 10^15 Julios , el equivalente a 3,6 Megatones, en caso de que impactase con algo (un asteoride o un planeta)

    Lo digo, porque 1 igual tiene una probabilidad casi escasa de impactar con algo, pero si lanzamos 2.000 de ellas una detras de otra, las probabilidades de que alguna impacte con algo aumentan (ya sea de nuestra nube de oort o de su equivalente centaurinao o de si hay un cinturon de asteroides como en nuestro sistema.

    Es que estaba pensando que estabamos disparando proyectiles relativisticos. Y si en vez de una sonda de 1 gramos, mandasemos a esa velocidad, una sonda «bomba» de 10 kilogramo directamente contra el planeta serian si no me confundo equivalente a 36 Gigatones de TNT.

    Una civilizacion espacial muy xenofoba y agresiva podria eliminar asi a sus rivales. Te mantienes lo mas oculto posible y cuando detectas una civilizacion en tu vecindario, envias varios proyectiles de estos contra su planeta y cuando los detectas no tienes ya practicamente tiempo de reaccion.

    ¿son mis calculos correctos o he dicho la mayor burrada del mundo?

    1. 1908, en Tunguska cayó un meteoro de unos 50-60 metros de polvo y hielo de baja densidad. Su velocidad relativa no debía ser muy alta, pues dió tiempo a que se desintegrara en la atmósfera en dos estallidos… y mirar la que organizó.

      Me parece que tus cálculos son correctos, y que a veces la gente se aburre en demasía imaginando situaciones que no se van a dar en ¿400 años? He leido por arriba mucho optimismo. Son tantas las suposiciones que me parecen divertidas como ejercicio mental. Pero poco o nada más. Un saludo.

      1. me da que el calculo no es correcto. la energía sería 1.8*10^12J que equivale a 0.0004 MTon, es decir, 430 Ton. nada despreciable, en cualquier caso, pero tampoco catastrófico, al menos contra un planeta con atmósfera.

    1. Se ve realmente genial… hasta que la forma de vida alienígena comienza a hacer lo que toda forma de vida hace: comer.

      Y lo hace con estilo, en una escena prácticamente idéntica a las ya vistas en The Blob (1958), The Andromeda Strain (1971), Apollo 18 (2011), y un interminable etcétera.

      A partir de ese punto… en fin, no creo que la peli pueda ser más original de lo que ya hemos visto hasta el cansancio en incontables otras pelis… y el cartelillo «de los productores de World War Z» francamente no ayuda.

      De hecho los trailers de Life me recuerdan mucho a Sunshine (2007), otra promisoria peli de ciencia ficción espacial con excelente producción, elenco multiestelar, y una historia atrapante que va muy bien… hasta que hacia el final y contra todo… ¿pronóstico? ¿sentido común? ¿gusto?… se convierte en «A Space Psycho Odyssey of The Walking Dead on Friday The 13th».

      Las butacas de los cines van fijadas al piso con tornillos cada vez más grandes. ¿Por qué será? 🙂

  6. Daniel, o alguien que conozca del tema:
    Viajando a 60.000 km/s (o 13.800), que tan suceptible es esa vela (de unos pocos átomos de espesor) de ser desgarrada por la materia interestelar, si un átomo se interpone en el camino, sería problema?
    Y cuando se acerque al sistema Alfa Centauri, que pasaría si se topa con algo de polvo interplanetario?
    Considerando que el contador de polvo de New Horizon encontró no pocas partículas en su viaje a Plutón, entiendo que con la superficie mucho mayor que tendría la vela, sería algo mas que probable…
    Saludos!

  7. A ver si me entero: ¿es ahora cuando se dan cuenta (Yuri Milner, Mark Zuckerberg , Stephen Hawking y todos los demás advenedizos), que yendo a 1/5 de la velocidad de la luz, tal vez esas sondas no tengan tiempo para medir casi nada de ese planeta?. ¿Estaba o no en lo cierto cuando yo dije que toda esa movida era puro marketing para autopromocionarse?.

  8. De verdad que me parece poco probable que una sonda de 1g de peso pueda llevar todo el equipamiento necesario para el estudio del sistema de próxima, por más que se avance en miniaturizacion, creo mejor iniciar estudios serios de mejores sistemas de propulsión para naves más grandes y que sean las próximas generaciones las encargadas de llevar a cabo estas misiones interestelares. Igualmente, creo que es mejor invertir en telescopios espaciales más grandes y mejores que le señalen los mejores objetivos a estas futuras generaciones. Saludos a todos

  9. A mi lo que más me sorprende es el la superficie de la vela. Tiene el tamaño de Palencia y pesa 100 gr, como piensan desplegar eso en orbita sin romperlo?
    En cuanto a si lanzarlo a Alfa Centauri o directamente a Próxima, puestos a soñar enviaría las dos.

    1. Según wikipedia, la superficie de Palencia ciudad es de 94,71 km², y la de Palencia provincia de 8.052 km². La vela propuesta de 100 gr es de una superficie de 100.000 m² (un radio de aprox. 178 m). Y, creo entender, de «un par de átomos de espesor».
      Aún así, me parece un cazamariposas muy grande como para que llegue intacto a otro sistema solar.

  10. Mejor no se avance mucho en fusión nuclear y los proyectiles a velocidades relativas o no extingimos y petamos el planeta con el avaricia y ansía humana.a no ser que en ética y humanidad se avanzará también

  11. He estado buscando algún dato sobre la densidad de gas y polvo interestelar, pero nada fiable. ¿Esto no frenaría la vela después de su impulso incial? El problema principal lo veo en el polvo, que a esas velocidades sería como cañonazos. Ya puestos, ¿por qué no usar ese material como propelente? Tipo scramjet interestelar alimentado con energía nuclear. Soñar es gratis 🙂

  12. Con un dron con almacenamiento de celadas hiprconductoras(intel) con nanotubos de carbono(grafeno) pilas nucleares(china) nanoreactorde fusion thecnologuia autogenrador de energuia(M 500 o otros) acceleradores de particulas (tecnologuia warp) superconductores y pulso electro magnetico.Llegaria a muy buena velocidad tecnologuia totalmente humana posible de contruir ha un costo mucho menor y a velocidades superiores a la de la luz(superluminico).Construccion estructura de titanio recubrimiento tecnologuia jaula fradaray(tecnologuia recubrimiento ovni) metal supercompreso aluminio con recubrimiento de neodimium con ceramicas complejas(baldosa) equipamiento computadoras de alta loguica capaz de razonar dentro de un recubrimiento de fibra de carbono enfriado por nitrogeno liquido para mayor frio helio liquido conectado ha radares espectrometros e infrarrojos piezas interiores celdas alrededor del motor de aceleramiento cargadas con nano reactor tipo circular recubierto de aluminio fibra de carbono tambien birilio final para no detener la reaccion motor de acceleracion diamagneticos en paralelo para crear un multiplicador de fuerzas conector electrico de menor conduccion pero mayor resistencia al calor (zinc-hierro-niquel)todo esto enrrollado como bobina que repetira el ciclo electrico una y otra vez con un interruptor se podra apagar facilmente donde se tranmitira la corriente de pulso ha los diamagneticos estos ha su vez conectados con conductores de acceleracion de plasma(primera vez se usaron en una planta energuetica en alemania para generar plama solar)

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