Los seres humanos han soñado durante generaciones con viajar a otros sistemas estelares y poner un pie en mundos extraños. La exploración interestelar es una tarea muy desalentadora, por decir lo menos.
Como exploró Universe Today en una publicación anterior, una nave espacial tardaría entre 19.000 y 81.000 años en llegar a Próxima Centauri utilizando propulsión convencional (o aquellas factibles con la tecnología actual). Además de eso, viajar a través del medio interestelar (ISM) plantea una serie de riesgos, de los cuales no todos se comprenden bien.
En este escenario, las naves espaciales de escala de gramos que dependen de la propulsión de energía directa (también conocidas como láseres) son la única opción viable para llegar a las estrellas vecinas en este siglo.
Los conceptos propuestos incluyen: Swarming Proxima Centauri, un esfuerzo de colaboración entre Iniciativas espaciales Inc. Y Iniciativa para estudios interestelares (i4is) encabezado por el científico jefe de la Iniciativa Espacial Marshall Eubanks. El concepto fue elegido recientemente. Desarrollo de la fase I Como parte de este año Conceptos avanzados e innovadores de la NASA (CANI).
Según Eubanks, viajar a través del espacio interestelar es una cuestión de distancia, potencia y velocidad. A 4,25 años luz (40 billones de kilómetros; 25 billones de millas) del Sistema Solar, Próxima Centauri también está enormemente distante.
Para poner esto en perspectiva, el transbordador espacial quedará registrado como el viaje más lejano jamás recorrido. viajero 1 Se trata de una sonda espacial que se encuentra actualmente a más de 24 mil millones de kilómetros (15 mil millones de millas) de la Tierra. Utilizando métodos convencionales, la sonda alcanzó una velocidad máxima de 61.500 km/h (38.215 mph) y viajó de forma continua durante más de 46 años.
En resumen, viajar a una velocidad inferior a la relativista (una fracción de la velocidad de la luz) hace que el tránsito interestelar sea increíblemente largo y completamente impráctico. Teniendo en cuenta los requisitos energéticos que esto requiere, cualquier cosa que no sea una pequeña nave espacial con una masa máxima de unos pocos gramos es factible. Como Eubanks le dijo a Universe Today por correo electrónico:
«Por supuesto, los cohetes son una forma común de ir rápido. Los cohetes funcionan lanzando «cosas» (generalmente gas caliente) por la parte trasera, el impulso de las cosas que van hacia atrás es igual al aumento de velocidad del vehículo que avanza. Sólo es realmente efectivo Si la velocidad de las cosas que van hacia atrás es comparable a la velocidad con la que avanzas, esa es la esencia de los cohetes, lo suficiente para conseguir la velocidad que deseas.
«El problema es que no tenemos ninguna tecnología, ninguna fuente de energía, que nos permita expulsar materia a 60.000 km/s, por lo que los cohetes no funcionan. La antimateria se puede imaginar, pero simplemente no entendemos la antimateria. «Lo suficientemente bien -y no puedo hacerlo lo suficientemente cerca- para que esto sea una solución, probablemente durante muchas décadas por venir».
Por el contrario, conceptos como Breakthrough Starshot y Proxima Cluster implican «invertir el cohete», es decir, en lugar de expulsar el material, el material se arroja a la nave espacial. En lugar del propulsor pesado que contienen la mayoría de los cohetes convencionales, la fuente de energía del Lightsail son los fotones (que no tienen masa y viajan a la velocidad de la luz).
Pero como señala Eubanks, esto no resuelve el problema de la energía; es aún más importante que la nave espacial sea lo más pequeña posible.
«Hacer rebotar fotones en la vela láser resuelve el problema de la velocidad de los objetos», afirmó.
«Pero el problema es que el fotón no tiene mucho impulso, por lo que necesitamos uno mucho Entre ellos. Y dada la energía que tenemos disponible, incluso dentro de un par de décadas, la presión será débil, por lo que la masa de las sondas tendrá que ser muy pequeña: gramos, no toneladas».
Su propuesta implica un rayo láser de 100 gigavatios (GW) que impulsa miles de sondas espaciales de escala de gramos con velas láser a velocidades relativistas (~10-20 por ciento la de la luz). También propuso una serie de cubos de luz terrestres que miden kilómetros cuadrados (0,386 millas).2) de diámetro (y las comunicaciones se vuelven más difíciles) para captar señales luminosas de las sondas a medida que se acercan a Próxima Centauri.
Según sus estimaciones, este concepto de misión podría estar listo para su desarrollo hacia mediados de siglo y llegar a Próxima Centauri y su exoplaneta similar a la Tierra (Próxima b) en el tercer cuarto de este siglo (2075 o después).
A En un artículo anterior, Eubanks y sus colegas demostraron cómo una flota de mil naves espaciales podría superar las dificultades de los viajes interestelares y el mantenimiento de comunicaciones con la Tierra mediante dinámicas de enjambre.
“Al aumentar la zona de captación a 1 km2 «Y con tantas sondas coordinando su envío, podemos obtener una tasa de bits razonable (aunque pequeña)», dijo.
Sin embargo, las distancias interestelares y el retraso de ocho años en los viajes de ida y vuelta en las comunicaciones impuesto por la relatividad general hacen imposible controlar las sondas de forma remota desde la Tierra.
Como tal, la constelación debe tener una autonomía excepcional a la hora de navegar (combinando miles de sondas) y decidir qué datos enviar a la Tierra. Si bien estas técnicas abordan la distancia, la potencia y la velocidad (al menos por ahora), todavía existe la cuestión de cuánto cuesta crear la infraestructura masiva y asociada.
El único coste importante sería el conjunto de láseres, pero la producción de naves a escala de gramos sería razonablemente barata. Como dijo Eubanks a Universe Today En un artículo anterior, su propuesta podría desarrollarse con un presupuesto de 100 mil millones de dólares.
Pero como destacó Eubanks (entonces y ahora), los beneficios de la arquitectura de su misión prevista son innumerables, y la recompensa por enviar una flota de sondas a Próxima Centauri sería astronómica:
«La simple verdad es que el costo de una misión interestelar impulsada por láser, las sondas livianas y el sistema láser masivo para impulsarlas a las estrellas, está dominado por los costos de capital: los costos del sistema láser en sí».
«Las sondas son comparativamente muy baratas. Por lo tanto, si puedes enviar una, debes enviar muchas. Claramente, enviar muchas sondas trae una ventaja regenerativa».
«Los viajes espaciales son peligrosos, y los viajes interestelares son especialmente peligrosos, por lo que si enviamos muchas sondas, podemos tolerar una alta tasa de pérdidas. Pero podemos hacer más».
«Queremos buscar signos de biología y tecnología, por lo que es bueno acercar sondas al planeta para obtener mejores imágenes y espectros de la superficie y la atmósfera».
«Dado que no sabemos exactamente dónde estará el planeta dentro de 24 años o más, puede ser difícil para una sonda. Al enviar un grupo de sondas en una extensión, al menos algunas deberían acercarse al planeta, dándonos la vista de cerca que necesitamos».
Más allá de eso, Eubanks y sus colegas creen que el desarrollo de un conjunto coherente de sondas robóticas tendrá aplicaciones más cercanas. La robótica enjambre es un área de investigación candente en la actualidad y se está investigando como una posible herramienta. Explorando el océano interior de Europa, Excavando ciudades subterráneas en Marte, Montaje Grandes estructuras en el espacio y proporciona seguimiento de condiciones climáticas extremas desde la órbita terrestre.
Más allá de la exploración espacial y la observación de la Tierra, la robótica masiva también tiene aplicaciones Medicamentos, fabricación aditiva, Estudios ambientales, Posicionamiento y Navegación Global, Búsqueda y rescate, y más.
Si bien pueden pasar varias décadas antes de que una misión interestelar esté lista para viajar a Alpha Centauri, Eubanks y sus colegas se sienten honrados y entusiasmados de estar entre los seleccionados de la NASA para el programa NIAC 2024. Para él, la investigación llevó muchos años pero está más cerca que nunca de realizarse.
«Ha tardado mucho en llegar, casi una década, y nos sentimos honrados de haber sido seleccionados», dijo Eubanks. «Ahora comienza el verdadero trabajo».
Este artículo fue publicado originalmente por Universe Today. Lea el artículo original.
