Desde el nacimiento de la era espacial, el sueño de un viaje a otro sistema solar se ha mantenido en línea con el cohete, lo que limita severamente la velocidad y el tamaño de la nave espacial que lanzamos al espacio. Los científicos estiman que incluso con los motores de cohetes más potentes de la actualidad, se necesitarán unos 50.000 años para llegar a nuestro vecino interestelar más cercano, Alpha Centauri. Si los humanos alguna vez esperan ver salir un sol alienígena, los tiempos de tránsito deberían reducirse significativamente.
¿Está funcionando el EmDrive imposible?
Entre los conceptos de motor avanzados que podrían hacer que esto despegue, muy pocos han generado tanto entusiasmo y controversia como el EmDrive. Descrito por primera vez hace casi veinte años, EmDrive funciona convirtiendo electricidad en microondas y dirigiendo esa radiación electromagnética a través de una cámara cónica. En teoría, las microondas pueden ejercer presión sobre las paredes de la cámara y crear suficiente empuje para mover una nave espacial en el espacio. Por ahora, sin embargo, EmDrive solo existe como un prototipo de laboratorio, y aún no está claro si es capaz de generar empuje. Si lo hace, entonces son fuerzas que no son lo suficientemente fuertes como para ser vistas a simple vista, y mucho menos mover el aparato.
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Sin embargo, en los últimos años, varios científicos, incluida la NASA, han afirmado haber producido empuje con éxito con EmDrive. Si esto es cierto, nos espera uno de los mayores avances en la historia de la exploración espacial. El problema es que el empuje observado en estos experimentos es tan pequeño que es difícil saber si existe.
La solución es desarrollar un instrumento que pueda medir estas manifestaciones menores de empuje. Por eso, un equipo de físicos de la Technische Universität Dresden de Alemania decidió crear un dispositivo que resolviera este problema. El proyecto SpaceDrive, dirigido por el físico Martin Taimar, trata de crear un instrumento tan sensible e inmune a las interferencias que pondrá fin a la discusión de una vez por todas. En octubre, Taimar y su equipo presentaron su segundo conjunto de mediciones experimentales, EmDrive, en el Congreso Astronáutico Internacional, y sus resultados se publicarán en Acta Astronautica en agosto. Basándose en los resultados de los experimentos, Taimar dice que la resolución de la saga con EmDrive nos espera en un par de meses.
Muchos científicos e ingenieros no creen en EmDrive porque viola las leyes de la física. Las microondas que empujan las paredes de la cámara EmDrive parecen generar un empuje ex nihilo, es decir, de la nada, que va en contra de la conservación del impulso - acción y no reacción. Los defensores de EmDrive, a su vez, están buscando respuestas en interpretaciones inteligentes de la mecánica cuántica, tratando de comprender cómo podría funcionar EmDrive sin romper la física newtoniana. “Desde un punto de vista teórico, nadie se lo toma en serio”, dice Taimar. Si EmDrive es capaz de generar impulso, como afirman algunos grupos, "nadie tiene idea de dónde viene". Cuando hay una brecha teórica de esta magnitud en la ciencia, Taimar solo ve una forma de cerrarla: experimental.
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A finales de 2016, Taimar y otros 25 físicos se reunieron en Estes Park, Colorado para la primera conferencia sobre EmDrive y sistemas de propulsión exóticos relacionados. Una de las presentaciones más interesantes fue realizada por Paul Marsh, físico del laboratorio Eagleworks de la NASA, donde él y su colega Harold White probaron varios prototipos de EmDrive. Según la presentación de Marsh y un informe posterior en el Journal of Propulsion and Power, él y White observaron varias decenas de micronewtons de empuje en su prototipo EmDrive. En comparación, un solo motor SpaceX Merlin produce alrededor de 845,000 Newtons de empuje al nivel del mar. Sin embargo, el problema para Marsh y White era que su configuración experimental incluía múltiples fuentes de interferencia, por lo que no podían decir con certeza qué causó el empuje.o un obstáculo específico.
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Taimar y el equipo de Dresde utilizaron una réplica exacta del prototipo EmDrive utilizado en el laboratorio de la NASA. Es un cono de cobre truncado, con la parte superior cortada, de poco menos de un pie de largo. Este diseño fue inventado por el ingeniero Roger Scheuer, quien describió EmDrive por primera vez en 2001. Durante la prueba, el cono EmDrive se coloca en una cámara de vacío. Fuera de la cámara, el dispositivo genera una señal de microondas que se transmite a través de cables coaxiales a las antenas dentro del cono.
Esta no es la primera vez que un equipo de Dresde intenta medir una fuerza casi sutil. Crearon dispositivos similares para trabajar en motores de iones, que se utilizan para colocar con precisión satélites en el espacio. Estos motores de micronewton ayudan a los satélites a detectar fenómenos débiles como las ondas gravitacionales. Pero estudiar EmDrive y motores similares sin combustible requerirá una resolución de nanonewton.
El nuevo enfoque consistía en utilizar una balanza de torsión, una balanza tipo péndulo que mide la cantidad de torque aplicado al eje del péndulo. El equipo de la NASA también utilizó una versión menos sensible de este equilibrio cuando decidieron que el EmDrive estaba produciendo empuje. Para medir con precisión esta pequeña fuerza, el equipo de Dresde utilizó un interferómetro láser para medir el desplazamiento físico de los pesos de equilibrio producidos por el EmDrive. Sus escalas de torsión tienen una resolución de nanonewton y soportan varios kilogramos de propulsores, dijo Taimar, lo que las convierte en las escalas de empuje más sensibles que existen.
Pero es poco probable que los pesos de empuje verdaderamente sensibles sean útiles a menos que pueda determinar si la fuerza detectada es un empuje y no una interferencia externa. Y hay muchas explicaciones alternativas para las observaciones de Marsh y White. Para determinar si el EmDrive realmente produce empuje, los científicos deben poder proteger el dispositivo de la interferencia de los campos magnéticos de la Tierra, las vibraciones sísmicas en el medio ambiente y la expansión térmica del EmDrive asociada con el calentamiento por microondas.
Taimar dijo que ajustar el diseño del equilibrio de torsión, para controlar mejor la fuente de alimentación EmDrive y protegerla de los campos magnéticos, solucionará una serie de problemas de interferencia. Fue mucho más difícil resolver el problema de la "deriva térmica". Cuando se aplica energía al EmDrive, el cono de cobre se calienta y se expande, cambiando su centro de gravedad tanto que el equilibrio de torsión registra una fuerza que podría confundirse con tracción. Taiman y su equipo esperaban que cambiar la orientación del motor ayudaría a resolver este problema.
En 55 experimentos, Taimar y sus colegas registraron un promedio de 3.4 micronewtons de fuerza de EmDrive, que fue muy similar a lo que encontraron en la NASA. Por desgracia, estas fuerzas aparentemente no llegaron a la prueba de desplazamiento térmico. Eran más característicos de la expansión térmica que del empuje.
Pero para EmDrive, la esperanza no está perdida. Taimar y sus colegas también están desarrollando dos tipos adicionales de pesos de empuje, incluido un equilibrio superconductor, que ayudará a eliminar los falsos positivos causados por la deriva térmica. Si encuentran la fuerza de EmDrive en esta escala, es probable que realmente sea un empujón. Pero si la escala no detecta ningún empuje, significará que todas las observaciones anteriores del empuje de EmDrive fueron falsos positivos. Taimar espera recibir un veredicto final antes de fin de año.
Pero incluso los resultados negativos no significarán un veredicto para EmDrive. Hay muchos otros tipos de motores que no son de combustible. Y si los científicos alguna vez desarrollan nuevas formas de movimiento de bajo empuje, las escalas de tracción ultrasensibles ayudarán a separar la ficción de la realidad.
Ilya Khel
