La nueva vela láser nos acerca al viaje interestelar

Un novedoso sistema de difracción puede conseguir que las naves espaciales de navegación por láser se mantengan en rumbo hasta Alfa Centauri.

13 enero 2020

Un estudio reciente descubre que las naves espaciales podrían volar a estrellas distantes utilizando velas ligeras con una superficie similar a la de los CD o DVD para ayudarlas a mantenerse centradas en los rayos láser.

Los cohetes convencionales impulsados por reacciones químicas son actualmente la forma dominante de propulsión espacial. Sin embargo, no son lo suficientemente eficientes como para alcanzar otra estrella en lo que dura la vida humana. Por ejemplo, aunque Alfa Centauri es el sistema estelar más cercano a la Tierra, todavía se encuentra a unos 4,37 años luz de distancia, lo que equivale a más de 41,2 billones de kilómetros, o más de 276,000 veces la distancia de la Tierra al sol. La nave espacial Voyager 1 de la NASA , que se lanzó en 1977 y alcanzó el espacio interestelar en 2012, tardaría unos 75,000 años en llegar a Alfa Centauri si la sonda se dirigiera en la dirección correcta (lo cual no es así).

El problema con todos los propulsores actuales que llevan las naves espaciales es que dicho propulsor tiene masa. Los viajes largos requieren mucha propulsión, lo que hace que las naves espaciales sean pesadas, lo que, a su vez, requiere más propulsores, haciéndolos más pesados, y así sucesivamente. Ese problema empeora exponencialmente cuanto más grande se vuelve una nave espacial. 

Viaje InterestelarViaje interestelar/ Ilustración por Papafox

Investigaciones anteriores han apuntado que la "navegación ligera" podría ser una de las únicas formas técnicamente factibles de llevar una sonda a otra estrella dentro del periodo de una vida humana. Aunque la luz no ejerce mucha presión, los científicos llevan sugiriendo durante mucho tiempo que lo poco que aplica podría tener un efecto importante. De hecho, numerosos experimentos han demostrado que las "velas solares" pueden depender de la luz solar para la propulsión, con un espejo lo suficientemente grande y una nave espacial lo suficientemente liviana. 

La iniciativa Breakthrough Starshot de $ 100 millones, que se anunció en 2016, planea lanzar enjambres de naves espaciales del tamaño de un microchip a Alfa Centauri, cada una de ellas con velas extraordinariamente delgadas e increíblemente reflectantes impulsadas por los láseres más potentes jamás construidos. El plan es hacerlas volar hasta un 20% de la velocidad de la luz, llegando a Alfa Centauri en unos 20 años.

Viaje InterestelarVela ligera del Proyecto Breakthrough Starshot/ Crédito: Kevin M. Gill

Una de las preocupaciones con el uso de velas láser es que si se desvían de la alineación con los rayos láser propulsores, que inicialmente se basarán aquí en la Tierra en el plan Breakthrough Starshot, pueden desviarse enormemente de sus objetivos. Ahora los científicos han diseñado y probado una nueva vela que, en principio, podría mantenerse centrada automáticamente en un rayo láser durante los pocos minutos requeridos, permitiendo que una nave espacial se mantenga en curso para viajes interplanetarios o incluso interestelares.

La nueva vela se basa en estructuras conocidas como rejillas de difracción, cuyas versiones más conocidas se ven en CD y DVD. Una rejilla de difracción es una superficie cubierta con una serie de crestas o hendiduras microscópicas regularmente espaciadas que pueden dispersar o difractar la luz, haciendo que diferentes longitudes de onda o colores de luz viajen en diferentes direcciones. 

Los investigadores, encabezados por Grover Swartzlander, físico óptico del Instituto de Tecnología de Rochester en Nueva York, construyeron una vela que consta de dos rejillas difractivas colocadas una al lado de la otra. Cada rejilla estaba hecha de cristales líquidos alineados contenidos en una lámina de plástico. Cristales líquidos similares se utilizan a menudo en las pantallas electrónicas de video y relojes digitales.

Nueva vela láserUna vela ligera usando rejillas difractivas podría mantenerse alineada con un rayo láser en rumbo fijo /Crédito: M. Martin/Rochester Inst. of Tech.

Los diseños de velas ligeras anteriores actúan como espejos que reflejan haces de luz en su origen. En el nuevo diseño, los cristales líquidos en cada rejilla de difracción desvían los rayos de luz en ángulo, generando impulsos que envían la vela hacia atrás y hacia los lados. 

La rejilla en el lado izquierdo de la nueva vela desvía la luz a la derecha del rayo láser, mientras que la rejilla en el lado derecho desvía la luz hacia la izquierda. Si la vela se desplaza y el rayo láser cae a ambos lados de la vela, eso empuja la vela a su posición con la luz que cae en su centro.

Los investigadores, que detallaron sus hallazgos en la revista Physical Review Letters, están experimentando ahora con velas capaces de centrarse si se desplazan en cualquier dirección, no solo hacia la izquierda o hacia la derecha. 

En el futuro sus velas podrían probarse en la Estación Espacial Internacional o en un pequeño satélite alrededor de la Tierra. Un primer paso hasta que los humanos lleguemos a experimentar los viajes interestelares.

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