Dos nuevos estudios acaban de delinear los conceptos básicos de la construcción de una vela ligera interestelar

Dos nuevos estudios acaban de delinear los conceptos básicos de la construcción de una vela ligera interestelar

Por siglosla gente ha soñado con ser conducida a gran velocidad a través de los vastos océanos del espacio por vientos de luz.

Tan caprichosa como suena la idea, empujar lentamente las velas reflectantes hacia la velocidad de la luz usando nada más que el golpe de los fotones podría ser nuestra única oportunidad plausible de alcanzar otra estrella dentro de una sola vida humana.

También es mucho más fácil decirlo que hacerlo. Las partículas de luz pueden ser rápidas, pero no empujan muy fuerte. Si haces una vela lo suficientemente ligera como para sentir la inercia de la radiación, entonces el constante aluvión de fotones podría dañar su material sin darse cuenta.

Hacer una vela que pueda resistir los peligros que amenazan a las naves espaciales en un viaje tan largo requerirá algunas soluciones inteligentes; tal vez el tipo de soluciones propuestas en dos estudios publicado recientemente en la revista Nano letras.

Diseñado por ingenieros de la Universidad de Pensilvania y la Universidad de California en Los Ángeles en los EE. UU. como parte del Disparo estelar revolucionario Iniciativa, las innovaciones tienen como objetivo encontrar formas de lograr el equilibrio en la durabilidad y la masa requerida para una nave interestelar.

«La idea de una vela ligera ha existido durante algún tiempo, pero ahora estamos descubriendo cómo asegurarnos de que esos diseños sobrevivan al viaje». dice Igor Bargatin, ingeniero mecánico de la Universidad de Pensilvania.

Al igual que las partículas de aire golpean una vela hecha de tela, las ondas de radiación intercambian impulso con cualquier objeto contra el que chocan. A diferencia de las moléculas de aire, los fotones o las moléculas de luz, no tienen masa en reposo, por lo que cualquier fuerza que impartan será pequeña.

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Como ejemplo, la luz que rebota en tu cuerpo mientras tomas el sol es aproximadamente equivalente en fuerza a alrededor de una milésima de gramo.

Hay un par de formas de aumentar esta presión para que un objeto se mueva. Una es hacer una vela más grande que pueda atrapar más luz. Otra es hacer que la luz que lo incide sea más intensa, dirigiendo una gran cantidad de láseres hacia él, por ejemplo.

Pero aquí radican algunos problemas. Velas más grandes significan más masa. Recortar la masa haría que fuera más fácil de empujar, al costo potencial de hacerla menos robusta, poniendo la vela en riesgo de desgarrarse.

Más luz también presenta algunos problemas. A medida que la vela acelera, por ejemplo, las longitudes de onda de la radiación que la golpea parecerán cambiar lentamente hacia el extremo rojo del arco iris, estableciendo límites en los tipos de material que no absorberán demasiado infrarrojo y se sobrecalentarán.

Encontrar el material adecuado para hacer que las velas sean resistentes, ligeras y capaces de manejar el calor producido por los gigavatios de luz láser extendida ha sido objeto de investigaciones anteriores. Pero ninguno se ha centrado realmente en la compensación entre mantener baja la absorción y el alto impulso en una distancia específica requerida para acelerar la nave.

En esta última sugerencialos ingenieros proponen hacer una vela a partir de dos capas formadas por compuestos de disulfuro de molibdeno y nitruro de silicio, los cuales se pueden fabricar en láminas y tienen el tipo de propiedades ópticas para equilibrar la absorción y emisión mínimas de luz a medida que se estira.

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un segundo papel ha abordado el problema no desde la perspectiva de los materiales, sino desde una perspectiva estructural diseñada para manejar la tensión del aumento de la presión de los fotones que impondría una matriz láser.

Curvar la vela mejoraría la estabilidad, tanto como lo hace en los paracaídas, pero como señalan los autores del estudio, se ha investigado poco sobre las tensiones que la presión ligera ejercería sobre este tipo de estructura.

Al modelar una vela circular con curvas esféricas en la escala de metros cuadrados, una que podría remolcar una carga útil de unos pocos gramos, el equipo demostró que una curvatura suficiente es definitivamente el camino a seguir.

Al igual que en el otro estudio, los investigadores también jugaron con las diferencias en el tiempo de aceleración para encontrar el equilibrio correcto entre las tensiones mecánicas y térmicas y el tiempo de viaje.

Idealmente, Breakthrough Starshot busca hacer una nave lo suficientemente ligera como para alcanzar velocidades de alrededor del 20 por ciento de la velocidad de la luz; suficiente para cubrir los 4,2 años luz hasta Proxima Centauri en solo un par de décadas.

Es importante tener en cuenta que es posible que esta tecnología nunca sea capaz de transportar pasajeros. Eso seguirá siendo forraje para la ciencia ficción durante algún tiempo todavía.

Pero es factible que nos brinde una mirada de cerca a un sistema planetario que no es el nuestro dentro de nuestras vidas.

Esta investigación fue publicada en Nano letras aquí y aquí.

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