Esta vela cósmica puede explotar naves espaciales en nuevos sistemas estelares a una velocidad vertiginosa

A solo unos 4 años luz de nuestro sistema solar se encuentra Alpha Centauri, otro bullicioso vecindario espacial. es instalado por tres estrellas Con la misma función que nuestro sol, tiene planetas similares a nuestros famosos ocho cuerpos y puede tener un gemelo de la Tierra. Quédese en la zona habitable. Casi como una realidad alternativa, el sistema estelar es un área desconcertante para los exploradores espaciales.

Solo hay un caso claro. Con nuestra tecnología actual, las naves espaciales enviadas no llegarán a Alpha Centauri hasta aproximadamente el año 82022. Por eso, en 2016, el difunto astrofísico Stephen Hawking y el inversor yuri milner Lanzado truco de Starshot – Una iniciativa para enviar sondas espaciales del tamaño de una oblea a Alpha Centauri al 20% de la velocidad de la luzreduciendo el enorme tiempo de viaje a solo 20 años.

Su esquema se centra en una vela óptica que aprovecha el poder de los fotones, también conocidos como partículas de luz, emitidos por un láser terrestre, en lugar del viento como una vela tradicional. Aunque encaja perfectamente con la tecnología de ciencia ficción de Star Trek, la idea ha ganado tanta popularidad que los investigadores de todo el mundo están empezando a estudiar cómo hacer que funcione el dispositivo alienígena, con la esperanza de producir un hipermotor que explote en todo el universo en tasas vertiginosas.

Uno de esos equipos de la Universidad de Pensilvania aborda una gran pieza del rompecabezas. en un Un par de artículos publicados este mes en Nano LettersY Los investigadores han propuesto una forma de garantizar que estas innovadoras naves espaciales no sean destrozadas por intensos pulsos de láser durante el vuelo interestelar de dos décadas. Esencialmente, los investigadores sugieren que la vela debería «fluir» en el vacío del espacio como las velas de los barcos ordinarios en medio de los vientos de la Tierra.

«Algunos de los números de velas ligeras desde el principio estaban chapoteando, otros no, pero no han sido bien estudiados», dijo el autor del estudio Igor Bargatin, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada de la Universidad de Pensilvania. “Lo que hicimos fue demostrar que definitivamente necesitas hincharte.

«Nos dimos cuenta de que la gente realmente no consideraba los mecanismos del problema, en particular, la posibilidad de llorar», agregó Bargatin. «Queremos asegurarnos de que esa idea se haga realidad y, cuando se haga realidad, la gente preste atención a las cosas que pueden suceder durante la aceleración.

«No queremos que estas velas fallen».

Parámetros de la nave interestelar

Imagina un barco aventurándose mar adentro con una vela atada a él. La vela se elevará con cada ráfaga de viento e impulsará el barco hacia adelante. Este empuje es causado por el retroceso del viento que golpea la vela, creando presión.

Las velas de luz no son muy diferentes.

«Cuando los fotones golpean nuestra vela ligera, se reflejan y también crean presión», dijo Bargatin. «El mecanismo exacto es un poco diferente porque estamos hablando de luz versus moléculas de aire reales. Pero crea presión de cualquier manera». De hecho, tales dispositivos ya han demostrado ser efectivos hasta cierto punto.

En 2010, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón Lanzó una misión de vela ligera llamada Ikaros Ella lo consideró un éxito. en 2019, Demostración de LightSail 2 Demanda de afiliados. Financiado por una campaña de Kickstarter iniciada por Bill Nye y Neil DeGrasse Tyson, voló un pequeño satélite al espacio usando el poder puro de un fotón.

Pero tanto Ikaros como LightSail 2 utilizan la luz emitida por el sol, a diferencia de la visión de láseres de Breakthrough Starshot.

Aunque la luz del sol reduce el riesgo de lágrimas, es demasiado débil para un intento de Starshot. Además, dice Bargattin, los pulsos de luz del Starshot deberían ocurrir en un tiempo relativamente corto porque una vez que la vela ligera está demasiado lejos de la Tierra, los científicos pierden su capacidad para acelerarla de manera efectiva.

En resumen, para alcanzar una quinta parte de la velocidad de la luz, de modo que pueda alcanzar Alpha Centauri en los veinte años requeridos, dentro de una ventana estricta, las luces necesitarían pulsos de luz extremadamente fuertes que solo son posibles con un láser.

«Las presiones diseñadas en nuestras uñas fotónicas no son enormes», dijo Bargatin. «Es casi como tener un centavo en la mano». Hablando científicamente, la presión suma alrededor de 10 Pa, dice Bargatin, pero considere cómo vivimos nuestras vidas sin preocuparnos por la presión leve. Absolutamente.

Diez Pas de potencia de luz requieren una gran cantidad de energía láser, por lo que, a diferencia de la danza de Ícaro de la luz solar suave, las uñas de luz emitidas por pulsos de láser extremadamente fuertes pueden dañarse.

Cómo construir una vela ligera permanente

Según los investigadores, los poderosos pulsos de láser pueden crear una presión lo suficientemente fuerte como para arquear y rasgar la placa como la vela de un bote tenso que podría explotar si lo golpean ráfagas gigantes de viento.

Creen que las luces deberían tener la capacidad de «abultarse» y formar una forma algo curva como un dosel. Bargatin explica que la longitud de la vela y el radio de curvatura deben ser de unos 3 metros. En sus nuevos artículos, los autores describen medidas geométricas que aseguran una distensión óptima.

Incluso una vela ligera protegida contra desgarros encontrará otros obstáculos. Para superar estos problemas, el principal parámetro a tener en cuenta es el material de navegación. Los paneles deben ser fuertes para una mayor durabilidad y livianos para reducir la potencia del láser y reflejar la luz de manera eficiente para un empuje óptimo y disipar el calor generado por los pulsos del láser.

Bargatin dice que si no se cuida la última parte, literalmente puede navegar fusión en el espacio.

«Puede encontrar una variedad de materiales. El grosor de ese material y la geometría curvilínea permitirán que la vela supere las presiones para las que estamos diseñando actualmente», dijo Bargatin, y señaló que su equipo busca principalmente un material llamado molibdeno. disulfuro.

Sin embargo, en el gran esquema de las cosas, construir una matriz láser masiva que enviaría un haz de luz hacia adelante sería un gran obstáculo. Los investigadores que trabajan en comunicaciones espaciales también están tratando de descubrir cómo recuperar información de una sonda de microchip conectada a la vela óptica, dice Bargatin.

Si el mecanismo Breakthrough Starshot funciona algún día, será un verdadero testimonio de la brillantez de la humanidad en la ciencia. Al anunciar los formidables objetivos de la organización hace seis años, Monumento a Hawking:

«Creo que lo que nos hace únicos es ir más allá de nuestros límites. La gravedad nos pegó al suelo, pero acabo de volar a Estados Unidos. Perdí la voz, pero todavía puedo hablar, gracias a mi dispositivo de síntesis de voz. ¿Cómo pasamos? estos límites?»

Con nuestras mentes y nuestras máquinas.