Viajes en Izarra

1987/12/01 Etxeberria, E. Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astronautika

En la actualidad estamos empezando a realizar estudios más allá de nuestra atmósfera. Las poderosas gravidades de Pioneer 10 y 11 y Voyager 1 y 2 Júpiter ya están aceleradas o están a punto de salir del sistema solar. Su velocidad rondará los 9 kilómetros por segundo y en esta proporción necesitarían miles de años para acercarse a la estrella más cercana.

¿Podemos ir más lejos y convertirnos en el verdadero examinador de las estrellas? Así pues, ¿qué método de propulsión podríamos utilizar? ¿A qué problemas nos enfrentamos?

Lanzador y propulsión

Parece que el único método práctico para lanzar un barco es el tirador. Y el único tipo práctico de lanzador que hemos encontrado es el químico.

Los lanzadores químicos funcionan según la tercera ley de movimiento de Newton, es decir, cada acción tiene la misma reacción adversa.

Los lanzadores químicos queman combustibles sólidos o líquidos y en la cámara de combustión el oxidante está a una temperatura altísima. Los gases de escape impulsan el lanzador a una velocidad muy elevada. Una de las propiedades más importantes de los lanzadores de propulsión es el empuje. El empuje de los lanzadores químicos es relativamente grande, ya que los gases de escape se eliminan en una proporción muy alta. Pero cuando están en el espacio su atractivo disminuye porque consumen una cantidad ingente de combustible.

En consecuencia, cualquier espacio que funcione mediante propulsión química debe reservar de su masa inicial una fracción importante para el combustible, y sin embargo, el motor mantiene el empuje en muy poco tiempo debido al rápido consumo de combustible del motor.

En el futuro utilizaremos este tipo de lanzadores. Durante el próximo siglo seguiremos utilizándolo en eventos de bajo nivel y para manejar el espacio. Pero en los viajes interestelar los lanzadores por propulsión química son totalmente inadecuados: habrá que poner en juego otras tecnologías.

Fórmula de éxito

Si tenemos en cuenta las enormes distancias entre las estrellas, el espacio más rápido de la actualidad también tiene la marcha del bazo. Pioneer 10, por ejemplo, alcanzará una velocidad final de unos 32000 km/h. En esta proporción, el barco tardaría 140000 años en llegar a la estrella más cercana si va en dirección directa. No es emocionante. Pero una fórmula sencilla nos indica cómo mejorar esta situación:

v _f = v _e log _{e (m i /m} f)

donde v _{f es} la última velocidad del lanzador, ve la inicial, mi masa inicial y mf la última.

Los lanzadores químicos pueden alcanzar una velocidad inicial de 4 kilómetros por segundo. Para que la velocidad final sea alta _{(m i /m} f) la proporción aumenta. Una de las vías para cortar este ratio de masa (de esta forma, con la misma cantidad de combustible se obtendría una mayor masa útil) es el uso de lanzador fraccionado. Cada parte puede ser desechada después de su uso. Esta pérdida de masas puede ayudar, pero no suficiente para realizar viajes prácticos interestelares.

Los sistemas de lanzadores basados en el reactor de fisión nuclear o la conducción iónica ya han sido probados. La idea que hay detrás del fisión es bombear un fluido como hidrógeno líquido desde el tanque de combustible a través de la zona del reactor nuclear. Este fluido se convierte en un gas muy caliente que se expulsa empujando el lanzador. Sin embargo, la velocidad resultante no es tan alta como requiere un espacio.

Por su parte, el lanzador de iones proyecta una corriente de partículas cargadas como los iones de cesio, primero acelerando las partículas en un campo eléctrico provisto de reactores de fisión. Sin embargo, la velocidad de escape (unos 50 km por segundo) es insuficiente para el vuelo a las estrellas.

Algún día será posible desarrollar lanzadores de iones con velocidades de escape de 1000 kilómetros por segundo, pero estos lanzadores tampoco solucionarían todos los problemas.

La velocidad que necesitaría un espacio para completar el vuelo interestelar puede conseguirse utilizando el lanzador de fusión. Sin embargo, la generación de reacciones de fusión implica un aumento de la temperatura del plasma de hidrógeno en más de 100 millones de Kelvin. Un problema espinoso para corregir en el futuro.

Una variación del tema básico de fusión es el lanzador de pulso nuclear, fundamento del Proyecto Daedalus, el diseño del barco propuesto por la Sociedad Interplanetaria Británica.

Viaje a las estrellas

Las reacciones de fusión simples no son el extremo del problema, ya que en el escenario aparece también la relatividad de Einstein. Según esta teoría, el espacio a alta velocidad disminuye el tiempo junto a un objeto a menor velocidad. En los barcos de alta velocidad los relojes circulan más lentamente que en la Tierra. Pero esto no es todo, ya que a velocidades tan elevadas las medidas se acortan y las masas aumentan.

La escala de estos efectos es realmente dramática a velocidades muy altas. Si el espacio tiene un 10 por ciento de la velocidad de luz, las cosas no cambiarán mucho: Por ejemplo, los relojes de Daedalus sólo perderán 18 segundos por hora.

Si la velocidad del buque es de tres o cuarto de la velocidad de luz, las consecuencias de la relatividad son evidentes. El tiempo del buque será de dos tercios de la Tierra. El barco, en la dirección del movimiento, se reducirá un tercio de su tamaño y su masa será 1.5 veces mayor.

Esto, por supuesto, introduce nuevas posibilidades: si en un lanzador de muy alta velocidad se reduce el tiempo para los astronautas, las perspectivas de viajar hacia las estrellas se hacen más atractivas.

Recorriendo 270.000 kilómetros por segundo y dejando a un lado la necesidad de tiempo de aceleración y deceleración, la tripulación puede llegar a Proxima Centauri en 23 meses. Si le sumamos dieciocho meses para hacer el examen, la tripulación tardará unos cinco años en completar todo el evento. Pero en la Tierra pasarían once años. En viajes más largos y con mayores velocidades la situación es aún más dramática. El sirio sería suficiente nueve meses de vida de astronauta para desplazarse a una velocidad del 99.9 por ciento de la velocidad de luz (5.3 parsec). Pero cuando vuelven a la tierra, la tripulación de Sirio descubre que han pasado diecisiete años.

En 17 años la tecnología y la sociedad pueden cambiar, pero quizás no drásticamente. Pero imagínate lo que puede pasar a una velocidad de este tipo al centro de la galaxia, 10.000 parsec. Según los astronautas, el viaje podría durar unos 3000 años. En la Tierra, sin embargo, ¡serían 65000 años!

Retrorreactor hacia las estrellas

Tras realizar una serie de ensayos a través del lanzador de pulso nuclear, los diseñadores de barcos buscarán encontrar algo mucho más rápido. El retrorreactor interestelar (ISR) parece una opción inteligente.

Hace unos 25 años R.W. Bussard esbozó la idea de que el espacio utilizaría el propio medio interestelar como fuente de combustible. Utilizando una herramienta de malla, el barco crearía en su parte delantera un potente campo magnético de miles de kilómetros. Este campo magnético atraería a todos los iones de hidrógeno de la zona, que se utilizarían en el reactor de fusión situado en el interior del buque.

En opinión de Bussard, el retrorreactor (ISR) podría alcanzar una aceleración ideal de 1-g si su superficie pasa de 10.000 kilómetros cuadrados de alta densidad iónica a 10.000.000 kilómetros cuadrados de baja densidad.

Con el retrorreactor, cuanto más velocidad mejor. Un aumento de la velocidad reduce la distancia entre dos puntos del espacio. En este punto las perspectivas de los investigadores terrestres y de la flota no serían coincidentes. Según esto, cuanto mayor es la velocidad a la que se mueve el retrorreactor, mayor es la cercanía de sus iones frontales. A una velocidad del 99.9 por ciento de la velocidad de luz, los iones entre la Tierra y la zona galáctica (10.000 parsec) aparecerían apilados en un cilindro de 450 parsec.

Hay posibilidades maravillosas para el retrorreactor. Imaginad que un barco de este tipo salga del sistema solar con un lanzador de pulso nuclear. En unos meses pondrá en marcha un truco en red, atrayendo pocos hidrógenos al principio, pero ingeriendo cada vez más a medida que avanza el tiempo. La compresión relativa de distancias atrae cada vez más iones al interior de la red y el motor se alimenta de combustibles en continuo crecimiento. Pero también tiene un efecto contrario y es que la masa del retrorreactor también tiene que aumentar. En consecuencia, este empuje que se añade no sirve para ganar velocidad.

Todo esto no tiene nada. Imaginemos que con un reactor de estas características es posible que las distancias del universo circulen dentro de pocos meses, días y horas. Así, se trataría de un viaje unidireccional para los viajeros. Los miembros de la tripulación no podrían volver a casa, al menos a la casa que conocen.

Colonización de estrellas

El ser humano irá sin duda hacia el espacio, colonizando en primer lugar los mundos cercanos: una base en la luna con los observatorios y el hotel; una base más pequeña en Marte: quizás una sede científica en Ganimide, seguida de Titán y Tritón, más lejanos.

Y luego las estrellas. Después de que pruebas como Daedalus hayan concluido su trabajo de estudio, 61 Cygni, Tau( ) Ceti o Sigma Pavonis, situadas a 6 parsec de la Tierra, podrían ser los siguientes destinos. Más adelante, utilizando la tecnología ISR (Interstellar ram-jet), podemos hablar de diez parsec y después de porcentajes.

A medida que el ser humano vaya a la Galaxia, deberá adaptarse a las condiciones que encuentre. Quizá por la influencia de otros seres ingeniosos se puedan crear nuevas culturas, éticas, científicas y artísticas. Cambiando física e intelectualmente el Homo Sapiens para adaptarlo a los nuevos entornos se puede asociar a otras líneas de la evolución.

Y todo esto puede suceder en una parte muy pequeña de la Galaxia Vía Láctea, una colección discoidal de 200 billones de estrellas y uno de los billones galaxias del universo. A pesar de que la condición humana llegue a colonizar las estrellas más cercanas, el viaje hacia el espacio de nuestras especies no hará más que empezar.