Un nuevo sistema de propulsión podría hacer levitar vehículos a la atmósfera superior de la Tierra

A veces es difícil recordar que la NASA también realiza investigaciones atmosféricas. Aunque la agencia espacial de los EE. UU. generalmente se ve como la provincia de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), la agencia espacial de los EE. UU. también tiene un interés personal en explorar nuestra atmósfera y en las tecnologías que nos permiten hacerlo. Como tal, el programa del Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC) ha otorgado una subvención de Fase 1 a un equipo de la Universidad de Pensilvania para desarrollar un nuevo tipo de propulsión solo de luz para recopilar datos en la atmósfera terrestre difícil de explorar.

La atmósfera es una parte de la atmósfera que oscila entre los 50 y los 80 km, y tiene varios inconvenientes para las técnicas de exploración actuales. Es demasiado alto para que lo alcance un globo o un modelo de avión, lo que hace que las técnicas estándar de exploración a gran altitud no sean prácticas. También es demasiado bajo para los satélites, cuya órbita se disolverá demasiado rápido en una sopa relativamente espesa de partículas, lo que hace que otras plataformas típicas de detección espacial tampoco sean prácticas. La única forma en que los investigadores han podido explorarlo hasta ahora es con cohetes de investigación que solo lo cruzan durante unos minutos antes de volver a caer a la Tierra.

Ingrese a la nueva tecnología del laboratorio del Dr. Igor Bargatin, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Pensilvania. La tecnología aprovecha un fenómeno conocido como fotolevitación para hacer flotar dispositivos simplemente golpeándolos con luz.

Esta tecnología de propulsión puede parecer similar a la que se usa en una vela solar, pero las finas capas de papel de aluminio que se usan en las velas solares sufrirían una muerte horrible en la atmósfera de la Tierra. El efecto fotovoltaico, conocido desde hace casi un siglo, utiliza el calentamiento de un sólido en comparación con un gas circundante como fuerza de sustentación. Como se indica en el comunicado de prensa del Dr. Bargatin en el sitio web de NIAC, «El [photophoretic] La fuerza crea elevación en las estructuras que absorben la luz desde abajo y se mantienen frías arriba».

La contribución centenaria del laboratorio del Dr. Bargatin a esta ciencia es la primera demostración a gran escala de un sistema que utiliza esta tecnología. Todos los intentos anteriores se realizaron en la escala micrométrica, ya que la fuerza de sustentación es inusualmente débil, lo que dificulta ejercer una fuerza de sustentación significativa sobre cualquier carga a la que pueda estar unida.

El diseño del laboratorio depende en gran medida de la presión a la que operan sus placas, y sucede que la atmósfera, con presiones que van de 1 a 100 Pa, golpea exactamente en el punto justo donde el movimiento de levitación es más efectivo, creando suficiente ascensor para sostener una sonda de un centímetro en el aire, potencialmente Eso sería indefinido. Incluso con solo unos pocos centímetros, hay muchos sensores miniaturizados que se pueden empaquetar en esa plataforma para transmitir datos que antes solo eran accesibles por misiles de investigación.

De hecho, estos valores exactos pueden permanecer en el aire indefinidamente si la tecnología se modifica para usar energía solar y tiene un ciclo día/noche en el que pasará de subir durante el día a bajar durante la noche. El Dr. Bargatin y su equipo también creen que la tecnología podría modificarse ligeramente para permitir el empuje horizontal, lo que permitiría que la plataforma del sensor viaje a cualquier punto de la atmósfera utilizando solo la luz como fuente de empuje.

Al igual que con todas las subvenciones de NIAC, esta tecnología aún se encuentra en sus primeras etapas y aún queda un largo camino por recorrer antes de que cualquier misión de transporte de carga útil flote en la atmósfera media. Sin embargo, con una prueba de concepto ya completa y recientemente publicada, parece probable que este nuevo tipo de tecnología de propulsión pronto esté teniendo su momento de éxito.

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Diagrama esquemático de un sistema de fotosensor.
Crédito – Igor Bargatin