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Esta vela espacial de hipervelocidad podría llevarnos a los sistemas estelares de al lado

Concepción artística de la nave espacial Starshot Lightsail durante la aceleración por un conjunto de láser terrestre.

Masumi Shibata/iniciativas innovadoras

A unos 4 años luz de distancia de nuestro sistema solar se encuentra Alpha Centauri, otro bullicioso vecindario espacial. está anclado por tres estrellas con el mismo trabajo que nuestro sol, mantiene planetas análogos a nuestros famosos ocho orbes e incluso puede tener un gemelo de la Tierra salida de la zona habitable. Casi como una realidad alternativa, el sistema estelar es una región tentadora para los exploradores espaciales.

Sólo hay un problema evidente. Con nuestra tecnología actual, las naves espaciales enviadas a Alpha Centauri no llegarían hasta alrededor del año 82022. Por eso, en 2016, el difunto astrofísico Stephen Hawking y el inversor yuri milner publicado Disparo de estrella de revelaciónuna iniciativa para enviar sondas espaciales del tamaño de un microchip a Alpha Centauri al 20% de la velocidad de la luzreduciendo el enorme tiempo de viaje a tan solo 20 años.

Su diseño se centra en una vela de luz que aprovecha el poder de los fotones, también conocidos como partículas de luz, emitidos por un láser basado en la Tierra, en lugar del viento como una vela tradicional. Si bien encajaba perfectamente con la tecnología de ciencia ficción de Star Trek, la idea ganó tanta popularidad que los investigadores de todo el mundo comenzaron a estudiar cómo hacer realidad el artilugio, con la esperanza de producir un hiperimpulsor que explotara alrededor del universo a un ritmo vertiginoso.

Viniendo de la Universidad de Pensilvania, uno de estos equipos está lidiando con una gran pieza del rompecabezas. En un par de artículos publicados este mes en la revista Nano Letters, Los investigadores han sugerido una forma de garantizar que estas innovadoras naves espaciales no se deshagan de los intensos pulsos de láser durante su viaje interestelar de dos décadas. Básicamente, los investigadores proponen que la vela debería «ondularse» en el vacío del espacio, como las velas de un barco estándar ondean a través de los vientos de la Tierra.

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Una ilustración de cómo podría verse una de las estrellas de Alpha Centauri, Proxima Centauri. La estrella enana roja se puede ver en el centro, sus dos planetas cerca y las otras dos estrellas binarias Alpha Centauri en el fondo.

lorenzo santinelli

«Algunas de las primeras figuras de las bujías incandescentes estaban ondeando, otras no, pero no han sido bien estudiadas», dijo el autor del estudio Igor Bargatin, profesor asociado en el departamento de ingeniería mecánica y mecánica aplicada de la Universidad de Pensilvania. «Lo que hicimos fue mostrarte que definitivamente necesitas una ola.

«Nos dimos cuenta de que la gente realmente no había analizado la mecánica del problema y, en particular, la posibilidad de desgarros», agregó Bargatin. «Queremos asegurarnos de que, si esta idea se concreta y cuando se realice, la gente prestará atención a las cosas que pueden suceder durante la aceleración.

«No queremos que estas velas fallen».

Parámetros de la nave interestelar

Imagine un barco aventurándose mar adentro con una vela atada. La vela se levantará con cada ráfaga de viento e impulsará el barco hacia adelante. Esta propulsión ocurre porque el viento que golpea la vela se refleja, creando presión.

Las velas de luz no son tan diferentes.

«Cuando los fotones golpean nuestra vela de luz, se reflejan y también crean presión», dijo Bargatin. «El mecanismo exacto es un poco diferente porque estamos hablando de luz versus moléculas de aire reales. Pero aún crean presión en ambos casos». De hecho, estos dispositivos ya han demostrado su eficacia hasta cierto punto.

En 2010, la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial lanzó una misión de vela ligera denominada Ikaros y lo consideró un éxito. En 2019, el LightSail 2 experimental hizo lo mismo. Financiado por una campaña de Kickstarter iniciada por Bill Nye y Neil DeGrasse Tyson, movió un pequeño satélite a través del espacio utilizando energía fotónica pura.

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La vela de energía solar que fue la pieza central del Proyecto Ikaros de Japón.

Agencia de exploración espacial de Japón

Pero tanto Ikaros como LightSail 2 utilizaron la luz que emana del sol, en contraste con la visión del rayo láser de Breakthrough Starshot.

Si bien la luz del sol reduce el riesgo de lágrimas, es demasiado débil para el esfuerzo de Starshot. Además, Bargatin dice que los pulsos de luz de Starshot deben ocurrir en un período de tiempo relativamente corto, porque una vez que la vela encendida está demasiado lejos de la Tierra, los científicos pierden su capacidad para acelerarla de manera efectiva.

En resumen, para alcanzar una quinta parte de la velocidad de la luz, para que pueda acceder a Alpha Centauri en los 20 años deseados, dentro de una ventana restringida, las velas encendidas necesitarían pulsos de luz extremadamente fuertes, posibles solo con láseres.

vela ligera

Representación artística de Lightsail 2 orbitando la Tierra.

La Sociedad Planetaria

«Las presiones proyectadas sobre nuestras bujías incandescentes no son enormes», dijo Bargatin. «Son casi lo mismo que tener un centavo en la mano». En términos científicos, la presión suma alrededor de 10 pascales, dice Bargatin, pero considere cómo vivimos nuestras vidas sin preocuparnos por la presión leve. en absoluto.

Diez pascales de fuerza de luz requieren una cantidad significativa de potencia láser, por lo que, a diferencia de la danza de Ikaros con rayos de sol delgados, las velas de luz transmitidas con pulsos de láser ultrarrápidos pueden dañarse gravemente.

Cómo construir una luz de vela duradera

Según los investigadores, los fuertes pulsos de láser pueden crear una presión lo suficientemente fuerte como para doblar y rasgar la sábana como la vela de un barco estirada puede rasgarse si es golpeada por una ráfaga de viento gigante.

Creen que las velas ligeras deben tener la capacidad de «curvarse» y formar una forma curva como un paracaídas. Tanto la longitud de la vela como el radio de curvatura, explica Bargatin, deben rondar los 3 metros. En sus nuevos artículos, los autores describen medidas geométricas que garantizan una ondulación ideal.

Sin embargo, incluso una vela de luz protegida de las lágrimas encontrará otros obstáculos. Para superar tales problemas, el principal parámetro a considerar es el material de la vela. Las placas deben ser fuertes para una mayor durabilidad, livianas para minimizar la fuerza del láser, reflejar la luz de manera eficiente para una propulsión óptima y disipar el calor generado por los pulsos del láser.

Si no se cuida la última parte, dice Bargatin, la vela puede literalmente para fundir en el espacio.

«Puedes crear una combinación de materiales. El grosor de esos materiales y las geometrías curvas permitirían que la vela sobreviva a las presiones para las que estamos diseñando», dijo Bargatin, y señaló que su equipo está buscando principalmente un material llamado molibdeno. disulfuro.

Sin embargo, en el gran esquema de las cosas, construir la enorme variedad de láseres que arrojarán velas de luz hacia adelante será un gran obstáculo. Los investigadores que trabajan en comunicación espacial, dice Bargatin, también están descubriendo cómo recuperar información de la sonda de microchip conectada a la vela de luz.

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La sonda de microchip propuesta por Starshot.

Darius Farraye/CNET

Si el motor Breakthrough Starshot alguna vez funciona, será un verdadero testimonio de la brillantez de la humanidad en el campo de la ciencia. En un anuncio de los inmensos objetivos de la organización hace seis años, hawking declaró:

“Creo que lo que nos hace únicos es trascender nuestros límites. La gravedad nos sujeta al suelo, pero acabo de volar a Estados Unidos. Perdí la voz, pero todavía puedo hablar, gracias a mi sintetizador de voz. ¿Cómo trascendemos esos límites? ?

«Con nuestras mentes y nuestras máquinas».

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