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La vela solar que permitirá viajar por el espacio a 1.200.000 km por hora

En la ilustración, el proyecto Breakthrough Starshot, en el que una vela solar es impulsada a gran velocidad por un potente haz de rayos láser

Puede que muchos no se den cuenta de ello, pero estamos inmersos en una nueva carrera espacial. Con la vista ya puesta en regresar a la Luna (2024), visitar Marte (2030) y explorar asteroides como futuras fuentes de recursos para la Humanidad, la próxima década estará repleta de misiones e iniciativas destinadas a «expandir» los dominios del ser humano más allá del planeta que nos vio nacer.

Por eso, las distintas agencias espaciales desarrollan ya nuevos sistemas de propulsión más rápidos, con los que se pretende viajar más deprisa por todo el Sistema Solar y, en el futuro, cumplir el sueño de llegar a otras estrellas en una cantidad de tiempo razonable. Entre esos sistemas destacan, hoy por hoy, las velas solares, capaces de generar impulso por la simple presión de la radiación espacial, pero que pueden también ser aceleradas por medio de potentes láseres. Resulta curioso, desde luego, que los primeros pasos de la navegación espacial se basen en una tecnología que en cierto modo, y salvando las distancias, se asemeja tanto a la que hace siglos nos permitió cruzar mares y océanos, antes de que existieran los motores.

Las velas solares, por supuesto, suponen todo un desafío, tanto técnico como de ingeniería. Algo que Coryn Bailer-Jones, del Instituto Max Planck de Astronomía, acaba de abordar en un estudio en el que presenta su «Sun Diver», una vela ligera que alcanzará velocidades increíbles tras «bucear», de ahí su nombre, cerca del Sol.

El estudio, que acaba de aparecer en el American Journal of Physics y que se puede consultar en el servidor de prepublicaciones ArXiv, señala que uno de los mayores atractivos de las velas solares es que liberan a las naves espaciales de la necesidad de tener que llevar su propio propulsor. Las naves, pues, serán más ligeras y podrán por lo tanto alcanzar mayores velocidades.

Un arsenal de velas espaciales

Hasta ahora, se han desarrollado y probado ya varios modelos de velas ligeras, entre ellas la LightSail y la LightSail 2, de la Planetary Society, o el satélite IKAROS, de la agencia espacial japonesa JAXA. Además, distintas organizaciones, como Breakthrough Starshot, Project Dragonfly y Starlight, de la NASA, exploran seriamente la idea de velas ligeras aceleradas por matrices láser como un medio para hacer posibles los viajes interestelares.

En ambos casos, tal y como Bailor-Jones ha explicado a Universe Today, «para la exploración del Sistema Solar, las velas solares permiten realizar muchas maniobras diferentes, o entrar en órbitas que de otro modo requerirían de mucha propulsión. Para viajes interestelares, podríamos usar una vela solar para ¨bucear¨ lo más cerca posible del Sol y obtener de él la máxima aceleración».

El sistema tiene varias ventajas sobre el las velas solares existentes, que dependen por completo de la presión que ejerce la radiación solar para ir acelerando lenta, pero constantemente. Sin embargo, la aceleración obtenida del Sol de esta manera es cada vez menor a medida que aumenta la distancia, por lo que el sistema no serviría para hacer viajes demasiado largos. Harían falta, además, velas extremadamente ligeras o extremadamente grandes.

El problema de impulsar las velas

Una forma de solucionar el problema es el uso de potentes haces de luz láser para acelerar rápidamente la vela. En eso, precisamente, se basan los proyectos Starshot, Dragonfly y Starlight, aunque las instalaciones necesarias serían muy costosas de construir y de operar.

La solución propuesta por Bailor-Jones, sin embargo, evitaría todos estos problemas. De hecho, el impulso se obtendría aprovechándose del conocido «efecto Oberth». En resumen, se trata de obtener el impulso al moverse más rápido en relación al cuerpo que se está orbitando, que en el caso de la Sun Diver sería el Sol. «Cuanto más cerca esté del Sol en su órbita -explica Bailor-Jones- más rápido será el impulso. Para aprovechar el efecto Oberth, es necesario acercarse lo más posible al Sol».

Para ello, una nave espacial con una vela guardada en su interior y una pequeña cantidad de combustible entraría en una órbita circular alrededor del Sol. Después, la nave podría hacer una de estas tres cosas: primero, podría utilizar todo su combustible para ejecutar un impulso retrógrado (que disminuiría su velocidad orbital) y caer lo más cerca posible del Sol antes de desplegar su vela.

Segundo, podría renunciar a la «inmersión solar» e ir aumentando su velocidad orbital a medida que se despliegan las velas. Tercero, podría ejecutar una combinación de las dos maniobras anteriores. El estudio también considera un escenario en el que las velas se abren en la órbita circular inicial, aplicando todo el impulso del propulsor al final.

El límite: los materiales y el calor del Sol

Tras considerar detenidamente cada uno de los escenarios, Bailor-Jones concluye que la mayor velocidad se conseguiría en el primero de ellos, es decir, ejecutando un impulso retrógrado completo para acercarse lo más posible al Sol y abriendo la vela en el punto de máximo acercamiento. Según sus cálculos, una vela podría alcanzar de esta forma una velocidad de 350 km por segundo o, lo que es lo mismo, 1,26 millones de km por hora. Lo cual es más de cinco veces más rápido de lo que son capaces de lograr los mejores cohetes actuales. Aún así, por desgracia, aún se necesitarían 2.865 años para llegar hasta Próxima Centauri, la estrella más cercana al Sol. Demasiado tiempo.

Según el investigador, eso se debe a que, con los materiales y la tecnología actuales, solo es posible acercarse a una cierta distancia del Sol. En los próximos años, sin embargo, nuevos materiales más resistentes al calor podrían permitir un acercamiento mucho mayor, multiplicando también la velocidad. Además, el estudio se centra en lo que se podría lograr con una única órbita alrededor del Sol. Bailor-Jones cree que se podrían combinar los tres métodos de impulso durante dos órbitas en vez de una, lo que también conduciría a mayores velocidades.

Aún así, con sus limitaciones actuales, la Sun Diver podría ser muy ventajosa en misiones dentro del Sistema Solar, ya que aportaría una velocidad sin precedentes. En cuanto a los viajes interestelares, habrá que esperar a la llegada de los nuevos materiales necesarios.

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