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Tecnologías necesarias para enviar sondas espaciales a distancias estelares

Creada23-04-2019
Modificada13-05-2019
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Julio5

Reseña del Documental Exploradores de la serie En Busca de una Segunda Tierra

Los Exploradores

Documental de la serie En Busca de una Segunda Tierra (E2, 2.018), en el que se recrea una hipotética misión a un exoplaneta, a 4'6 años·luz de la Tierra, y se muestran varias investigaciones sobre los avances tecnológicos requeridos para afrontar misiones interestelares.

La Misión Minerva

A lo largo del documental se muestran distintas fases de una hipotética misión a un sistema planetario cercano, a 4'7 al de la Tierra.

Los datos indicados en esa posible misión son los siguientes:

  • Fecha 2.157, Octubre, 4, Día 0: Lanzamiento.
  • Día 32: Paso junto a Marte. Asistencia Gravitatoria para acelerar.
  • Día 90: Velocidad 19 Km/s
  • Año 9: 1'2 al de la Tierra. 13 Mm/s. Combustible -19%.
  • Año 35: 51 Mm/s. Desaceleración a -168 Km/s² (¿?)
  • Año 50: Llegada al Sistema estelar. Exploración y Aterrizaje.

Lamentablemente, los datos expuestos tienen varios errores, ignoro si en la versión original o en la traducción.

¿Una desaceleración de 168 Km/s²? Es imposible.

En la Tierra la aceleración de la gravedad es de 9'8 m/s² (1 G). Una aceleración de 1 Km/s² (100 G) aplastaría un coche. Incluso un lingote de acero se calentaría hasta fundirse. Una aceleración de 168 Km/s² (16.800 G) provocaría una inmediata explosión atómica.

Haciendo un sencillo cálculo, si en 90 días se alcanzan los 19 Km/s, eso supone una aceleración de 2'4 milímetros por segundo cada segundo. Eso me parece poquísimo, yo esperaría que con un motor iónico o de plasma se podría conseguir una aceleración de unos pocos cm/s², pero como también dependerá de la masa de la nave, es posible que sí sea una aceleración así de pequeña.

En cualquier caso, o no se han molestado en hacer los cálculos correctos o la traducción es malísima.

Problemas de las Misiones Interestelares

Para realizar una misión no tripulada hay que resolver 4 problemas: Propulsión, Navegación, Comunicación e Inteligencia.

En este momento disponemos de esas cuatro tecnologías, pero apenas son suficientes para usarlas dentro de nuestro propio Sistema Solar.

Para realizar misiones a distancias estelares, todas esas tecnologías deben mejorarse, y mucho. Serán necesarios avances muy significativos, revolucionarios, en todas ellas.

Propulsión Interestelar

Los motores químicos han sido usados para lanzar cohetes desde la Tierra al Espacio. Consumen casi todo su combustible en unos pocos minutos. Después permanecen apagados durante la mayor parte del viaje y la nave sigue en vuelo inercial, hasta que llega la hora de corregir el rumbo y frenar.

Cohete Falcon HeavyEl Falcon Heavy, lanzado en Febrero de 2.018, pesa 1'5 Millones de Kg, de los cuales el 95% es combustible, que es consumido en los primeros 10 minutos del despegue.

Sólo la sonda Voyager, tras 26 años de vuelo inercial a 17 Km/s, ha conseguido escapar del Sistema Solar. A esa velocidad tardaría aún 70.000 años en alcanzar la estrella más cercana. Para conseguir el mismo resultado en el transcurso de una vida, los motores químicos deberían funcionar durante todo el viaje, y para ello necesitarían una cantidad de combustible mayor que la de todo el Universo conocido.

Los combustibles químicos no sirven para viajar a las estrellas en el período de una vida.

Actualmente se está investigando y desarrollando otros tres tipos de propulsión: Fusión, Antimateria y Plasma.

Motores de Plasma

Con un motor de plasma sólo harían falta unos pocos centenares de Kg de combustible. El impulso sería mucho menor, pero con una aceleración constante durante todo el viaje se llegaría a velocidades mucho más altas.

Por ejemplo el Voyager I, que actualmente viaja a 17 Km/s.

Con un motor convencional se puede alcanzar esa velocidad en pocos días, pero harían falta 92 T de combustible. Con un motor de plasma tardaría 2 años, pero sólo consumiría unos pocos Kg.

Con suficiente combustible, en unos 10 años se podrían alcanzar velocidades muy superiores, hasta una fracción significativa de la velocidad de la luz.

Motores de Antimateria

La materia está formada en su mayor parte por protones de carga positiva, neutrones sin carga y electrones de carga negativa. Las radiaciones cósmicas que llegan a la Tierra, al chocar con las moléculas del aire también crean protones negativos y electrones positivos. Si con ellos se formaran átomos, serían de Antimateria.

Las partículas de antimateria, al colisionar con partículas de materia, se desintegran por completo, convirtiendo toda su masa en energía, según la fórmula de Einstein: e=mc².

Es el combustible más potente, capaz de generar gran cantidad de energía y sin dejar ningún rastro.

En el colisionador de partículas del CERN se han creado partículas de antimateria, pero en cantidades muy pequeñas, miles de millones de veces menos que un gramo. Una nave interestelar necesitaría al menos una tonelada de antimateria, pero su capacidad energética es tanta que si por un accidente entrara en contacto con la materia ordinaria, provocaría una explosión catastrófica. Si nos planteáramos producir antimateria como combustible deberíamos hacerlo en el espacio, bastante lejos de la Tierra.

Motores de Fusión

La fusión nuclear es el fenómeno que se produce en el interior de las estrellas, cuando la presión gravitatoria es tanta que supera la repulsión electrónica de los átomos y núcleos de Hidrógeno se fusionan para convertirse en Helio. Como un átomo de Helio pesa algo menos que cuatro núcleos de Hidrógeno, la materia sobrante es liberada en forma de energía.

Desde los años 1.950 los científicos están diseñando y construyendo reactores de fusión con el objetivo de conseguir una fuente energética barata y estable.

Para conseguir un proceso de fusión hace falta alcanzar muy altas temperaturas, 100 Millones de grados, y hasta ahora sólo se ha conseguido utilizando una bomba atómica de fisión. Pero esto hace imposible aprovechar la energía liberada.

Los reactores modernos usan plasma. Igualmente se requiere gran cantidad de energía, y de momento aún no se ha conseguido producir más energía de la consumida.

En la Universidad de Princeton se está construyendo un reactor de fusión compacto, con apenas un metro de diámetro por diez metros de longitud, lo bastante pequeño para ir en el interior de un cohete al espacio.

El prototipo podría estar listo en unos cinco años, y si funciona como se espera en unos quince años podrían estar disponibles para equipar naves interplanetarias e interestelares.

Navegación Interestelar

Las naves que hemos enviado al espacio, hasta ahora, han sido siempre apuntadas y disparadas desde la Tierra. Cuando han tenido que hacer correcciones de rumbo las instrucciones se les han enviado desde la Tierra.

Pero en una misión interestelar eso no sería posible. La nave debe ser capaz de observar su entorno y corregir su rumbo de forma autónoma e inteligente, sin esperar instrucciones que, a la velocidad de la luz, tardarían años en llegar.

El Robot Explorador Curiosity, que exploró la superficie de Marte desde 2.012, fue el primero que contaba con un sistema de navegación autónomo, donde su ordenador examinaba el terreno y decidía el camino más seguro para recorrerlo.

Una nave interestelar debe ser capaz de observar y reconocer las estrellas de su entorno, localizar planetas y lunas y decidir de forma autónoma los objetivos que presenten mayores probabilidades de éxito.

La programación de todas estas funciones requerirá años, quizás décadas de trabajo.

Comunicación Interestelar

La mayoría de las naves enviadas al Sistema Solar no vuelven. Los objetivos de la misión, las observaciones y descubrimientos realizados, son grabados y enviados a la Tierra para su análisis y estudio.

En la Tierra hay estaciones de radio, grandes antenas parabólicas, capaces de captar señales de radio desde los confines del Sistema Solar.

Pero mientras más lejos está una emisora de radio la señal es menos intensa, y la baja intensidad se tiene que compensar con una mayor lentitud en la transmisión. Cuando la sonda New Horizons pasó junto a Plutón, toda la información captada en apenas 9 horas tardó 15 meses en ser enviada hasta la Tierra.

En 2.014 se probó un nuevo sistema, enviando la información en un rayo de luz, lo que permitió acelerar enormemente la velocidad de la transmisión de datos.

Con este sistema, toda la transmisión del New Horizons se hubiera podido enviar en unos pocos minutos.

En mi opinión

Me he centrado en la información científica ofrecida en el documental. También se añaden comentarios biográficos de varios científicos colaboradores que he obviado, pero si os interesan ahí están.

Como ya he comentado, los datos de la hipotética misión Minerva son incorrectos.

Por lo demás, las tecnologías que se están desarrollando y perfeccionando para usarlas en futuras misiones espaciales, planetarias o estelares, son muy interesantes. Vale la pena verlas.

Ver Ficha de Exploradores de la serie En Busca de una Segunda Tierra

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