- Parte 2 -
En algún momento de nuestras vidas, cada uno de nosotros hizo esta pregunta: ¿cuánto tiempo para volar a las estrellas? ¿Es posible realizar tal vuelo en una vida humana, pueden tales vuelos convertirse en la norma de la vida cotidiana? Hay muchas respuestas a esta difícil pregunta, dependiendo de quién las pregunte. Algunos son simples, otros son más difíciles. Para encontrar una respuesta definitiva, hay demasiadas cosas que considerar.
Desafortunadamente, no existen estimaciones reales que ayuden a encontrar tal respuesta, y esto frustra a los futuristas y entusiastas de los viajes interestelares. Nos guste o no, el espacio es muy grande (y complejo) y nuestra tecnología aún es limitada. Pero si alguna vez decidimos dejar nuestro "nido de casa", tendremos varias formas de llegar al sistema estelar más cercano en nuestra galaxia.
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La estrella más cercana a nuestra Tierra es el Sol, una estrella bastante "promedio" según el esquema de "secuencia principal" de Hertzsprung-Russell. Esto significa que la estrella es muy estable y proporciona suficiente luz solar para que se desarrolle la vida en nuestro planeta. Sabemos que otros planetas giran alrededor de las estrellas cercanas a nuestro sistema solar, y muchas de estas estrellas son similares a las nuestras.
Posibles mundos habitables en el Universo
En el futuro, si la humanidad desea abandonar el sistema solar, tendremos una gran selección de estrellas a las que podríamos ir, y muchas de ellas pueden tener condiciones favorables para la vida. Pero, ¿a dónde vamos y cuánto tiempo nos llevará llegar? Tenga en cuenta que todo esto es especulación y que no hay puntos de referencia para viajes interestelares en este momento. Bueno, como dijo Gagarin, ¡vamos! Video promocional:
Alcanza la estrella
Como ya se señaló, la estrella más cercana a nuestro sistema solar es Proxima Centauri y, por lo tanto, tiene mucho sentido comenzar a planificar una misión interestelar con ella. Proxima, que forma parte del sistema de estrellas triples Alpha Centauri, se encuentra a 4,24 años luz (1,3 parsecs) de la Tierra. Alpha Centauri es, de hecho, la estrella más brillante de las tres en el sistema, parte de un sistema binario cercano a 4.37 años luz de la Tierra, mientras que Proxima Centauri (la más débil de las tres) es una enana roja aislada a 0.13 años luz de distancia. desde un sistema dual.
Y aunque las conversaciones sobre los viajes interestelares sugieren todo tipo de viajes más rápidos que la luz (FAS), desde velocidades de deformación hasta agujeros de gusano y motores subespaciales, tales teorías son altamente ficticias (como el motor Alcubierre) o solo existen en la ciencia ficción. … Cualquier misión al espacio profundo se extenderá a lo largo de generaciones de personas.
Entonces, comenzando con una de las formas más lentas de viaje espacial, ¿cuánto tiempo se tarda en llegar a Proxima Centauri?
Métodos modernos
La cuestión de estimar la duración del viaje en el espacio es mucho más fácil si las tecnologías y los cuerpos existentes en nuestro sistema solar están involucrados en él. Por ejemplo, utilizando la tecnología utilizada por la misión New Horizons, 16 motores monocombustibles de hidracina, puedes llegar a la Luna en solo 8 horas y 35 minutos.
También está la misión SMART-1 de la Agencia Espacial Europea, que fue impulsada hacia la Luna mediante un empuje de iones. Con esta tecnología revolucionaria, una variante de la cual la sonda espacial Dawn también usó para llegar a Vesta, la misión SMART-1 tardó un año, un mes y dos semanas en llegar a la luna.
Desde una nave espacial de cohete rápido hasta un motor de iones económico, tenemos un par de opciones para moverse por el espacio local; además, puede usar Júpiter o Saturno como una honda de gravedad gigante. No obstante, si pensamos avanzar un poco más, tendremos que desarrollar el poder de la tecnología y explorar nuevas posibilidades.
Cuando hablamos de métodos posibles, estamos hablando de aquellos que involucran tecnologías existentes, o aquellos que aún no existen, pero que son técnicamente viables. Algunos de ellos, como verá, han sido probados y confirmados, mientras que otros todavía están en duda. En resumen, representan un escenario de viaje posible, pero muy lento y costoso, incluso a la estrella más cercana.
Movimiento iónico
Actualmente, la forma de motor más lenta y económica es el motor de iones. Hace varias décadas, la propulsión iónica se consideraba un tema de ciencia ficción. Pero en los últimos años, las tecnologías de apoyo a la propulsión iónica han pasado de la teoría a la práctica, y con gran éxito. La misión SMART-1 de la Agencia Espacial Europea es un ejemplo de una misión exitosa a la Luna en 13 meses de movimiento en espiral desde la Tierra.
SMART-1 utilizó propulsores de iones solares, en los que la electricidad se recogía mediante paneles solares y se utilizaba para alimentar propulsores de efecto Hall. Solo se necesitaron 82 kilogramos de combustible de xenón para llevar el SMART-1 a la luna. 1 kilogramo de combustible de xenón proporciona un delta-V de 45 m / s. Esta es una forma de movimiento extremadamente efectiva, pero lejos de ser la más rápida.
Una de las primeras misiones en utilizar la tecnología de propulsión iónica fue la misión Deep Space 1 al cometa Borrelli en 1998. El DS1 también utilizó un motor de iones de xenón y consumió 81,5 kg de combustible. Durante 20 meses de empuje, DS1 desarrolló velocidades de 56.000 km / h en el momento del paso del cometa.
Los motores de iones son más económicos que las tecnologías de cohetes porque su empuje por unidad de masa de combustible de cohete (impulso específico) es mucho mayor. Pero los propulsores de iones toman mucho tiempo para acelerar una nave espacial a velocidades significativas, y la velocidad máxima depende del soporte de combustible y la generación de energía.
Por tanto, si se utiliza propulsión iónica en una misión a Proxima Centauri, los motores deben tener una potente fuente de energía (energía nuclear) y grandes reservas de combustible (aunque menos que los cohetes convencionales). Pero si parte del supuesto de que 81,5 kg de combustible de xenón se traducen en 56.000 km / h (y no habrá otras formas de movimiento), puede hacer cálculos.
A una velocidad máxima de 56.000 km / h, Deep Space 1 tardaría 81.000 años en viajar 4,24 años luz entre la Tierra y Proxima Centauri. Con el tiempo, se trata de unas 2700 generaciones de personas. Es seguro decir que el impulso iónico interplanetario será demasiado lento para una misión interestelar tripulada.
Pero si los propulsores de iones son más grandes y más potentes (es decir, la tasa de salida de los iones será significativamente mayor), si hay suficiente combustible para cohetes, que es suficiente para los 4,24 años luz, el tiempo de viaje se reducirá significativamente. Pero de todos modos habrá mucho más tiempo que el período de la vida humana.
Maniobra de gravedad
La forma más rápida de viajar en el espacio es utilizar la asistencia por gravedad. Este método implica que la nave espacial utilice el movimiento relativo (es decir, la órbita) y la gravedad del planeta para alterar su trayectoria y velocidad. Las maniobras gravitacionales son una técnica extremadamente útil para los vuelos espaciales, especialmente cuando se usa la Tierra u otro planeta masivo (como un gigante gaseoso) para acelerar.
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La nave espacial Mariner 10 fue la primera en utilizar este método, utilizando la atracción gravitacional de Venus para acelerar hacia Mercurio en febrero de 1974. En la década de 1980, la sonda Voyager 1 usó Saturno y Júpiter para maniobras gravitacionales y aceleración a 60.000 km / h, seguidas de una salida al espacio interestelar.
La misión Helios 2, que comenzó en 1976 y se suponía que exploraría el entorno interplanetario entre 0,3 AU. e. y 1 a. Es decir, desde el Sol, se mantiene el récord de la mayor velocidad desarrollada mediante una maniobra gravitacional. En ese momento, Helios 1 (lanzado en 1974) y Helios 2 tenían el récord de la aproximación más cercana al Sol. Helios 2 fue lanzado por un cohete convencional y puesto en una órbita muy alargada.
Debido a la gran excentricidad (0,54) de la órbita solar de 190 días, en el perihelio Helios 2 logró alcanzar una velocidad máxima de más de 240.000 km / h. Esta velocidad orbital fue desarrollada únicamente por la atracción gravitacional del Sol. Técnicamente, la velocidad del perihelio de Helios 2 no fue el resultado de una maniobra gravitacional, sino la velocidad orbital máxima, pero el dispositivo aún tiene el récord del objeto artificial más rápido.
Si la Voyager 1 se moviera hacia la enana roja Proxima Centauri a una velocidad constante de 60.000 km / h, se necesitarían 76.000 años (o más de 2.500 generaciones) para cubrir esa distancia. Pero si la sonda alcanzara la velocidad récord de Helios 2, una velocidad constante de 240.000 km / h, se necesitarían 19.000 años (o más de 600 generaciones) para viajar 4.243 años luz. Mucho mejor, aunque no tan práctico.
Motor electromagnético EM Drive
Otro método propuesto para viajes interestelares es un motor de radiofrecuencia de cavidad resonante, también conocido como EM Drive. Propuesto en 2001 por Roger Scheuer, un científico británico que creó Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) para implementar el proyecto, el motor se basa en la idea de que las cavidades electromagnéticas de microondas pueden convertir directamente la electricidad en empuje.
Si bien los motores electromagnéticos tradicionales están diseñados para propulsar una masa específica (como partículas ionizadas), este sistema de propulsión en particular no depende de la reacción de la masa y no emite radiación direccional. En general, este motor fue recibido con bastante escepticismo en gran parte porque viola la ley de conservación del impulso, según la cual el impulso de un sistema permanece constante y no se puede crear ni destruir, sino que solo se cambia bajo la acción de la fuerza.
Sin embargo, los experimentos recientes con esta tecnología han arrojado claramente resultados positivos. En julio de 2014, en la 50ª Conferencia Conjunta de Propulsión AIAA / ASME / SAE / ASEE en Cleveland, Ohio, los científicos avanzados de aviones de la NASA anunciaron que habían probado con éxito un nuevo diseño de motor electromagnético.
En abril de 2015, los científicos de NASA Eagleworks (parte del Centro Espacial Johnson) dijeron que habían probado con éxito el motor en el vacío, lo que podría indicar una posible aplicación en el espacio. En julio de ese año, un grupo de científicos de la División de Sistemas Espaciales de la Universidad Tecnológica de Dresde desarrolló su propia versión del motor y observó un empuje tangible.
En 2010, la profesora Zhuang Yang de la Universidad Politécnica del Noroeste en Xi'an, China, comenzó a publicar una serie de artículos sobre su investigación sobre la tecnología EM Drive. En 2012, reportó una alta potencia de entrada (2,5 kW) y un empuje fijo de 720 mn. En 2014, también realizó pruebas exhaustivas, incluidas mediciones de temperatura interna con termopares integrados, que mostraron que el sistema estaba funcionando.
Según los cálculos basados en el prototipo de la NASA (que recibió una potencia nominal de 0,4 N / kilovatio), una nave espacial de propulsión electromagnética puede hacer un viaje a Plutón en menos de 18 meses. Esto es seis veces menos de lo que requería la sonda New Horizons, que se movía a una velocidad de 58.000 km / h.
Suena impresionante. Pero incluso en este caso, la nave con motores electromagnéticos volará a Proxima Centauri durante 13.000 años. Cerca, pero aún no lo suficiente. Además, hasta que no estén todos los puntos punteados en esta tecnología, es demasiado pronto para hablar de su uso.
Propulsión nuclear térmica y eléctrica nuclear
Otra posibilidad para realizar un vuelo interestelar es utilizar una nave espacial equipada con motores nucleares. La NASA ha estudiado estas opciones durante décadas. Un cohete de propulsión térmica nuclear podría usar reactores de uranio o deuterio para calentar hidrógeno en el reactor, convirtiéndolo en gas ionizado (plasma de hidrógeno), que luego se dirigiría hacia la boquilla del cohete, generando empuje.
Un cohete de propulsión nuclear incluye el mismo reactor, que convierte el calor y la energía en electricidad, que luego alimenta el motor eléctrico. En ambos casos, el cohete dependerá de la fusión nuclear o la fisión nuclear para generar empuje, en lugar del combustible químico con el que operan todas las agencias espaciales modernas.
En comparación con los motores químicos, los motores nucleares tienen ventajas innegables. Primero, es una densidad de energía prácticamente ilimitada en comparación con el combustible para cohetes. Además, el motor nuclear también generará más empuje que la cantidad de combustible utilizado. Esto reducirá la cantidad de combustible requerida y, al mismo tiempo, el peso y el costo de un aparato en particular.
Aunque los motores de energía nuclear térmica aún no han entrado en el espacio, sus prototipos se han creado y probado, y se han propuesto aún más.
Y, sin embargo, a pesar de las ventajas en el ahorro de combustible y el impulso específico, lo mejor de los conceptos propuestos de motores térmicos nucleares tiene un impulso específico máximo de 5000 segundos (50 kNs / kg). Utilizando motores nucleares propulsados por fusión o fisión nuclear, los científicos de la NASA podrían enviar una nave espacial a Marte en solo 90 días si el Planeta Rojo está a 55 millones de kilómetros de la Tierra.
Pero cuando se trata de viajar a Proxima Centauri, un cohete nuclear tardará siglos en acelerarse a una fracción sustancial de la velocidad de la luz. Entonces tomará varias décadas de camino, y detrás de ellas muchos más siglos de inhibición en el camino hacia la meta. Todavía estamos a 1000 años de nuestro destino. Lo que es bueno para las misiones interplanetarias, no tanto para las misiones interestelares.
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