Ratas flotantes...: ¡Hasta el infinito y más allá!... Cuestiones de la propulsión interestelar. (F.C.F.)

En esta ocasión, vamos a tratar el asunto de los posibles medios de propulsión en el espacio, en el ámbito de los viajes interestelares. Es decir, aquellos que pudieren realizarse con destino a lugares externos al Sistema Solar, pero dentro de las proximidades de nuestra estrella en la Vía Láctea.

[Para escribir el relato de ciencia-ficción de la Asignatura, tuve que documentarme sobre este tema, por lo que voy a aprovechar la coyuntura].

Como bien es conocido, los viajes espaciales suelen dividirse en tres clases, de entre las cuales, la ciencia-ficción casi siempre se ha decantado por las dos que (por el momento) no han podido ser llevadas a la práctica (como también es lógico). Nos referimos a los viajes interplanetarios, los viajes interestelares, y los viajes intergalácticos.

Vamos a comparar las ideas propuestas por los autores de ciencia-ficción, con la situación actual de la propulsión interestelar. [No trataré aquí otros asuntos como los del soporte vital de los viajeros, los posibles problemas sociológicos, éticos, ni otros referentes a la tecnología de las naves, a menos que estén directamente relacionados con el tratado].

Existe una cierta tendencia a hablar, por parte de la ciencia-ficción, de igual forma sobre los viajes intergalácticos y los interestelares. Sin embargo, la diferencia resulta sustancial, habida cuenta de que mientras que en unos tratamos con distancias del orden de los años-luz (interestelares), en los otros hablamos de millones de años-luz (intergalácticas).

Ambos asuntos requieren por tanto análisis diferentes en principio (no es lo mismo ir a la habitación de al lado que ir a Australia).

Vamos, así pues, a eliminar los viajes interplanetarios por demasiado sencillos (ja), y los intergalácticos por demasiado utópicos (al menos por el momento, aunque yo no sería excesivamente optimista), y quedarnos con los interestelares.

Un claro ejemplo de comunicación interestelar es el presentado por Isaac Asimov en su Saga de la fundación, una serie de novelas en las que desarrolla la colonización de la Vía Láctea por parte de los humanos, desde la aparición de los primeros robots con capacidad para el lenguaje, y los viajes interplanetarios, hasta el asentamiento en toda la Galaxia, y mucho tiempo más allá. Los viajes se realizan merced a la tecnología del "motor hiperatómico".

Otro caso es el de Star Wars, en el que la historia transcurre siempre dentro de los límites de "la Galaxia", por lo que los viajes realizados son siempre entre estrellas de la misma, y no intergalácticos. [Aquí, sin embargo, se utiliza el famoso y recurrente hiperespacio para los desplazamientos a largas distancias].

Los autores de ciencia-ficción dura (aquel género en el que la ciencia juega un papel fundamental) han utilizado en muchas ocasiones, sin embargo, conceptos creados previamente por físicos o ingenieros para sus obras, a la hora de tratar el asunto de los viajes interestelares, [Caso de Arthur C. Clarke o Gregory Benford] en lugar de proponer nuevas ideas sin base teórica alguna.

Volviendo al tema que nos ocupa, diremos que los principales candidatos a futuros propulsores interestelares son: los cohetes de fusión, la propulsión nuclear de pulso (fisión), el motor de antimateria, la Bussard ramjet o estatocolectora, y los veleros solares. De entre estos, sólo los dos primeros han sido estudiados en proyectos individuales cuyo objetivo era el estudio de este tipo de viajes, aunque todos han sido desarrollados en mayor o menor medida a través de otras investigaciones y proyectos relacionados.

Veamos ahora cada uno de ellos por separado.

Teóricamente, el motor de antimateria es la mejor opción, siendo la más energética, y la que tendría un rendimiento mayor en el sentido de la cantidad de combustible necesario. Este motor utilizaría la gran cantidad de energía liberada en la aniquilación que se produce, en contacto con la materia, por parte de las dos, y según la ecuación de Einstein: E=mc^2, para propulsar la nave.

[En la imagen vemos un Diagrama de Feynman de un electrón y un positrón que se aniquilan formando un fotón, que luego decae para formar otro electrón y otro positrón].

Tiene, sin embargo, un problema fundamental, y es que la antimateria es difícil de conseguir. La creación artificial de dos miligramos tendría un coste actualmente similar al del plan de reactivación de la economía estadounidense que tiene pensado llevar a cabo Barack Obama, de más de 700.000 millones de $.

Se piensa, que sería suficiente con 10 de estos miligramos para llegar a Marte, aunque no creo que sea a nivel interplanetario donde se le puede sacar mayor rendimiento.

Otro de sus problemas es el del almacenamiento. Este asunto está siendo estudiado, aunque el confinamiento se produciría esencialmente por medio de campos magnéticos [recordemos que cualquier contacto con la materia y catapum...]. De este modo, la forma de propulsar la nave sería por medio de sucesivas aniquilaciones, al modo del motor de propulsión nuclear de pulso, del que hablaremos después.

La NASA parece estar estudiando la posibilidad de recolectar la antimateria que se crea de forma natural en los Cinturones de Van Allen, por medio de campos magnéticos, para evitar los costes de su producción.

Nave propulsada por antimateria. [NASA]

Este tipo de motor, o su principio de funcionamiento, ha sido utilizado en ocasiones por la ciencia ficción, como en el caso de la Enterprise de Star Trek (aunque con resultados un poco sospechosos).

Pasemos ahora a los Veleros Solares. Normalmente, este tipo de "motor" estaría pensado como complemento a alguna otra forma de propulsión de tipo reactivo, aunque como concepto sería válido por sí mismo.

No hablaremos mucho aquí de los veleros solares, puesto que es un asunto que ya ha sido tratado con éxito por algunos de mis compañeros en fechas anteriores. Diremos, no obstante, que su principio de funcionamiento es el de la presión de radiación, es decir, el de utilizar el empuje generado por la luz (visible o no) que incidiría sobre una enorme superficie (vela).

Este sistema tiene algunas ventajas, como son la no necesidad de portar combustible alguno para su funcionamiento, al margen de las enormes velas, así como el de estar basada en tecnologías perfectamente conocidas. Sin embargo, necesitarían una fuente de luz que emitiese en el mismo sentido en que se quisiera realizar el trayecto, por lo que se complicaría un posible viaje de vuelta. Además, su capacidad de maniobra sería escasa, y sus tiempos de aceleración y decelaración muy lentos, aunque continuos (siempre que la fuente de luz incidiese sobre la vela).

Existen algunos proyectos como el Cosmos-1 para estudiar la viabilidad de los veleros solares.

Pasemos ahora, a mi medio de propulsión interestelar favorito: la estatocolectora o Bussard ramjet.
El primer diseño fue presentado en el año 1960 por Robert W. Busard, consistiendo este, en un enorme recolector del hidrógeno espacial, que sería utilizado como combustible para la nave expulsándolo a gran velocidad a modo de impulso (por medio de descargas puntuales (pulsante), o continuadamente). Sin embargo, sus dimensiones habrían de ser gigantescas, debido a que el espacio vacío está bastante vacío (qué simpático), y la cantidad de átomos de hidrógeno que podría captar por unidad de volumen sería muy pequeña.

Estatocolectora

De hecho, algunos físicos e ingenieros aeroespaciales como Robert Zubrin afirman haber demostrado que la levísima fuerza de rozamiento contra los átomos del espacio que sufriría la nave, sería mayor que el empuje aportado a la estatocolectora por el hidrógeno emitido, debido a sus enormes dimensiones.

A pesar de esta cuestión, las estatocolectoras han sido las favoritas de los escritores de ciencia-ficción dura, que han visto sin embargo en ellas las formas más racionales de viaje interestelar. Así, autores como Poul Anderson en su Tau Cero, o Larry Niven en su saga Mundo Anillo, las han utilizado como principio de movimiento de sus naves.

He dejado para el final, los dos sistemas basados en las reacciones nucleares, ya que han sido los que más seriamente parecen haber sido estudiado hasta ahora. [No obstante, últimamente se empiezan a escuchar noticias sobre proyectos relacionados con las Ramjets o los veleros solares].

Comencemos por los cohetes de fusión.
Cuando dos átomos ligeros se unen para formar uno mayor, se libera en el proceso una gran cantidad de energía (este es el principio de la fusión nuclear). Parte de esta energía se liberaría en forma de neutrones (reacción de fusión de tritio y deuterio) que escaparían proporcionando el impulso a la nave.

Durante los años 70, la Sociedad Interplanetaria Británica desarrolló un proyecto conocido como Project Daedalus cuyo objetivo era el de construir una nave capaz de alcanzar la estrella de Barnard (a 5,9 años-luz) en unos 50 años. El motor de la nave se basaría en un sistema de confinamiento inercial, que haría que el plasma resultante de la reacción de fusión saliese despedido de forma controlada produciendo el impulso.

[En la imagen: Daedalus llegando a la estrella de Barnard (Adrian Mann)].

Daedalus necesitaría contar con una masa de combustible de 50.000 toneladas y su velocidad máxima podría ser de 0,12c.

15 años antes del proyecto Daedalus, la NASA trabajó en el conocido como Project Orion. Este fue el primer intento de diseño de una nave propulsada por fisión nuclear en lugar de reacciones químicas, y tuvo como corolario el Superorion, diseño aplicado a un posible viaje interestelar.

Proyecto Orión [NASA]

Este proyecto se basaba en el último tipo de motor de propulsión que vamos a estudiar: el motor de propulsión nuclear de pulso.
La idea era utilizar miles de pequeñas explosiones nucleares direccionadas, para dar impulso a la nave. Sin embargo, existía un grave problema con el combustible, ya que se calculó para él una masa de 8.000.000 de toneladas (comparado con esto Daedalus es una maravilla).

En la década de los 80, la NASA, en colaboración con la Agencia Naval estadounidense creó el Project Longshot cuyo objetivo era el de valorar la posibilidad de crear una nave no tripulada capaz de llegar a Alfa Centauri en menos de 100 años. Se estudió, en esta ocasión, la combinación de la tecnología de fusión del Daedalus, con el motor pulsante del Orión.
Se construiría en órbita (para evitar los problemas de escape de la gravedad terrestre) en la Estación Espacial Internacional, y contaría con una masa de combustible de "sólo" 264Tm de Helio-3 y Deuterio. Aquí os dejo el paper original con la explicación del Proyecto.

Konstantín Tsiolkovski, uno de los padres de la aeronáutica escribió en una ocasión: