Fuente: Discovery News
Autor: Robert Adams
El Proyecto Icarus es un estudio ambicioso para envíar una misión no tripulada a un destino interestelar. Dirigido por la Fundación Tau Zero, en grupo sin ánimo de lucro dedicado a los viajes interestelares, Icarus buscar desarrollar una nave que pueda viajar a una estrella cercana. Robert Adams, director de Advanced Concepts Office de la NASA, asignado al Proyecto Icarus, nos explica en esta entrada cómo pretenden conseguir que la nave llegue a su destino.
Un componente fundamental de cualquier viaje interestelar es el "análisis de la misión", que organiza los objetivos científicos, traza la trayectoria y define los escenarios de corrección y anulación.
Misiones complejas, como la de Icarus, necesitan utilizar diversos fenómenos como la asistencia gravitatoria por parte de planetas y estrellas, maniobras de corrección y otras herramientas.
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| Proyecto Dedalus. SPACE.com |
Sin duda el mayor obstáculo que se necesita saltar es la gran distancia que separa una estrella de otra. Considérese, por ejemplo, el sistema estelar más cercano al sol: Alpha Centauri. Está a 4.4 años luz, Alpha Centauri es un sistema binario, las estrellas A y B giran alrededor de un punto central y una tercera estrella, Proxima Centauri, gira alrededor de las otras dos.
Utilizando la tecnología actual, un viaje de ida a Alpha Centauri tardaría unos 75.000 años. Para que nos hagamos una idea, es más o menos ciento cincuenta veces el tiempo que ha pasado desde que Colón descubrió América.
Ahora que sabemos la velocidad a la que podemos ir, analicemos a qué velocidad querríamos ir. Idealmente, una duración de larga duración no debería durar más de 50 años. Un hombre o una mujer joven puede unirse al equipo de la misión justo cuando sale y seguir vivo cuando llegue a su destino.
Tener a alguien que se mantenga en el proyecto asegura cierta continuidad a la misión. Icarus tiene la tarea de diseñar una nave que llegue a su destino en menos de 100 años, este hecho es en sí uno de los retos más notables -específicamente la creación de una organización que pudiese durar todo ese tiempo.
Con un máximo de 100 años, nuestro vehículo debe alcanzar la velocidad de 0.1*c (10% de la de la luz) para alcanzar la estrella en ese período de tiempo. Esto es unas 1000 veces más rápido que cualquier nave jamás construída.
Por conveniencia, démonos una velocidad máxima de 0.15*c para que podamos barajar varios sistemas estelares. Alcanzar una velocidad del 15% la de la luz es muy complicado, pero no es algo imposible utilizando la tecnología que tenemos disponible hoy en día.
En proimos artículos, el equipo hablará sobre los esquemas de propulsión con más detalle. También están por venir los problemas para proteger el vehículo cuando choque con polvo estelar a velocidades extremas. En este artículo, nos centraremos en la trayectoria más eficiente para alcanzar la velocidad deseada.
Finalmente, debemos tener en cuenta los métodos de frenado cuando lleguemos a nuestra estrella, dado que es uno de los objetivos de la misión Icarus. Al 15% de la velocidad de la luz, una nave recorrería un sistema solar tradicional en pocas horas. Un viaje de 50 años que culminase en menos de un día de observación y adquisición de datos es... poco satisfactorio. Por lo que, si es posible, deberíamos encontrar una forma de frenar la máquina y quedarnos un rato más.
Hay unas pocas herramientas que solemos utilizar en misiones espaciales. Compartimentar los vehículos nos suele permitir deshacernos de masas como tanques de gasolina cuando ya no se necesitan. La gravedad también nos permite ganar velocidad al pasar cerca de planetas de nuestro sistema solar. Perdemos un poco de tiempo en ir hasta un planeta, por ejemplo Júpiter, y utilizarlo como una especia de lanzadera. Este método de aceleración ha sido utilizado desde la sonda Luna 3 soviética que fotografió el lado oculto de la luna.
Sin embargo, nuestros trucos habituales son útiles pero no son suficientes para alcanzar los retos que la misión tiene porque las velocidades necesarias son demasiado grandes. Necesitaremos utilizar una vieja maniobra que cayó en el olvido.
Fue descrita inicialmente por Hermann Oberth en 1927, el escape "two-burn" puede ser muy efectivo para esta misión. Considérese una nave orbitando un cuerpo mucho más masivo como el Sol. Oberth describió cómo la nave podría revertir esta aceleración para frenarse y caer por el otro lado del cuerpo masivo.
Cuando la nave llega al punto más cercano del cuerpo gira y hace un "hard burn" para acelerar todo loq ue pueda. Los cálculos del autor muestran que esta maniobra puede alcanzar dos o tres veces la velocidad sin ella. Es importante apreciar que es muy diferente a la famosa maniobra de asistencia gravitatoria.
Parece como conseguir algo gratis, ¿no? Y todos sabemos que el Universo no da nada gratis. Sin embargo, esta maniobra no viola ninguna ley de la física.
Téngase en cuenta que el combustible del vehículo también está en órbita del cuerpo masivo. Si el vehículo quema combustible mientras lo tira a una órbita interior, se podrá quemar mucho más propelente en la órbita inferior. El propelente puede dejarse en otra órbita más baja (y con menos energía). Orbeth se dio cuenta de que al soltar la energía química o nuclear no se utilizaba toda la energía disponible. El propelente también tiene energía mecánica (cinética y potencial) que puede utilizarse -para acelerar el vehículo- utilizando esta maniobra.
Utilizando esta maniobra alrededor del sol, podemos anticipar que un vehículo que puede conseguir una velocidad del 5% la de la luz podrá salir del sistema solar a nuestro 15% deseado. Sin embargo aun hay muchos problemas a investigar.
¿Cuál es la máxima aceleración de la nave? ¿Podemos acercarnos al Sol sin sufrir los efectos del recalentamiento? ¿En cuántos compartimentos debemos dividir el vehículo? Además, conseguir el 5% antes de hacer la maniobra Oberth es algo que sigue estando lejos de nuestro alcance. Próximos artículos discutirán los sistemas de propulsión que pueden llegar a esas velocidades.
Una misión factible podría comenzar en la Órbita Baja de la Tierra (LEO) en la que Icarus se construirá. Utilizando sistemas de propulsión convencional como cohetes líquidos, la nave comenzará su viaje a Júpiter. Los cochetes químicos se desprenderían en ese momento.
La gravedad de Júpiter pondría la sonda en una nueva trayectoria perpendicular al plano del sistema solar. Además esta gravedad asistida acortaría la órbita de Icarus para que comienza a caer hacia el sol. Un pequeño acelerón aumentaría la órbita para poder acercarse, años más tarde, a la atmósfera del Sol, la corona solar.
Un conjunto de tanques de combustible se desprendería en Júpiter tras un pequeño acelerón. Mientras la sonda se acerca al sol comenzará a acelerar al máximo durante semanas o meses. La sonda tendrá que utilizar parte de su sistema de propulsión para girar hacia el sol al acelerar. La sonda giraría alrededor del sol durante un tiempo mientras continua acelerando. Se desprenderían muchos tanques durante esta etapa. La aceleración no se parará hasta que la sonda alcance la velocidad objetivo.
La sonda continuará acelerando en pequeños tramos en sus camino a la estrella. Esos acelerones contrarrestarán cualquier efecto de otras estrellas y se usarán para hacer pequeñas correcciones. A medida que la sonda se acerca a la estrella hará una maniobra Oberth, acelerando al máximo para dirigirse a la otra estrella. Si es posible, la sonda se frenará lo suficiente como para ser capturada alrededor de la estrella objetivo y extender el tiempo de estudio lo más posible.
Aun no está claro que el equipo vaya a conseguir encontrar la combinación adecuada de tecnologías de propulsión que permitan completa aceleración y frenado hacia la estrella objetivo. Y muchos de los elementos de la misión descritos más arriba podrán ser cambiados por otras opciones mejores.
El equipo Icarus tiene como objetivo perfilar la misión que hará que la humanidad se comunique con otras estrellas.
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