Viaxes en Izarra

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

• Astronautika

Na actualidade estamos a empezar a realizar estudos máis aló da nosa atmosfera. As poderosas gravidades de Pioneer 10 e 11 e Voyager 1 e 2 Júpiter xa están aceleradas ou están a piques de saír do sistema solar. A súa velocidade roldará os 9 quilómetros por segundo e nesta proporción necesitarían miles de anos paira achegarse á estrela máis próxima.

Podemos ir máis lonxe e converternos no verdadeiro examinador das estrelas? Así pois, que método de propulsión poderiamos utilizar? A que problemas enfrontámonos?

Lanzador e propulsión

Parece que o único método práctico paira lanzar un barco é o tirador. E o único tipo práctico de lanzador que atopamos é o químico.

Os lanzadores químicos funcionan segundo a terceira lei de movemento de Newton, é dicir, cada acción ten a mesma reacción adversa.

Os lanzadores químicos queiman combustibles sólidos ou líquidos e na cámara de combustión o oxidante está a unha temperatura altísima. Os gases de escape impulsan o lanzador a unha velocidade moi elevada. Una das propiedades máis importantes dos lanzadores de propulsión é o empuxe. O empuxe dos lanzadores químicos é relativamente grande, xa que os gases de escape elimínanse nunha proporción moi alta. Pero cando están no espazo o seu atractivo diminúe porque consumen una cantidade inxente de combustible.

En consecuencia, calquera espazo que funcione mediante propulsión química debe reservar da súa masa inicial una fracción importante paira o combustible, e con todo, o motor mantén o empuxe en moi pouco tempo debido ao rápido consumo de combustible do motor.

No futuro utilizaremos este tipo de lanzadores. Durante o próximo século seguiremos utilizándoo en eventos de baixo nivel e paira manexar o espazo. Pero nas viaxes interestelar os lanzadores por propulsión química son totalmente inadecuados: haberá que pór en xogo outras tecnoloxías.

Fórmula de éxito

Si temos en conta as enormes distancias entre as estrelas, o espazo máis rápido da actualidade tamén ten a marcha do bazo. Pioneer 10, por exemplo, alcanzará una velocidade final duns 32000 km/h. Nesta proporción, o barco tardaría 140000 anos en chegar á estrela máis próxima si vai en dirección directa. Non é emocionante. Pero una fórmula sinxela indícanos como mellorar esta situación:

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

onde v _{f é} a última velocidade do lanzador, ve a inicial, a miña masa inicial e mf a última.

Os lanzadores químicos poden alcanzar una velocidade inicial de 4 quilómetros por segundo. Para que a velocidade final sexa alta _{(m i /m} f) a proporción aumenta. Una das vías paira cortar este cociente de masa (desta forma, coa mesma cantidade de combustible obteríase una maior masa útil) é o uso de lanzador fraccionado. Cada parte pode ser refugada despois do seu uso. Esta perda de masas pode axudar, pero non suficiente paira realizar viaxes prácticas interestelares.

Os sistemas de lanzadores baseados no reactor de fisión nuclear ou a condución iónica xa foron probados. A idea que hai detrás do fisión é bombear un fluído como hidróxeno líquido desde o tanque de combustible a través da zona do reactor nuclear. Este fluído convértese nun gas moi quente que se expulsa empuxando o lanzador. Con todo, a velocidade resultante non é tan alta como require un espazo.

Pola súa banda, o lanzador de iones proxecta una corrente de partículas cargadas como os iones de cesio, primeiro acelerando as partículas nun campo eléctrico provisto de reactores de fisión. Con todo, a velocidade de escape (uns 50 km por segundo) é insuficiente paira o voo ás estrelas.

Algún día será posible desenvolver lanzadores de iones con velocidades de escape de 1000 quilómetros por segundo, pero estes lanzadores tampouco solucionarían todos os problemas.

A velocidade que necesitaría un espazo paira completar o voo interestelar pode conseguirse utilizando o lanzador de fusión. Con todo, a xeración de reaccións de fusión implica un aumento da temperatura do plasma de hidróxeno en máis de 100 millóns de Kelvin. Un problema espiñento paira corrixir no futuro.

Una variación do tema básico de fusión é o lanzador de pulso nuclear, fundamento do Proxecto Daedalus, o deseño do barco proposto pola Sociedade Interplanetaria Británica.

Viaxe ás estrelas

As reaccións de fusión simples non son o extremo do problema, xa que no escenario aparece tamén a relatividad de Einstein. Segundo esta teoría, o espazo a alta velocidade diminúe o tempo xunto a un obxecto a menor velocidade. Nos barcos de alta velocidade os reloxos circulan máis lentamente que na Terra. Pero isto non é todo, xa que a velocidades tan elevadas as medidas acúrtanse e as masas aumentan.

A escala destes efectos é realmente dramática a velocidades moi altas. Se o espazo ten un 10 por cento da velocidade de luz, as cousas non cambiarán moito: Por exemplo, os reloxos de Daedalus só perderán 18 segundos por hora.

Se a velocidade do buque é de tres ou cuarto da velocidade de luz, as consecuencias da relatividad son evidentes. O tempo do buque será de dous terzos da Terra. O barco, na dirección do movemento, reducirase un terzo do seu tamaño e a súa masa será 1.5 veces maior.

Isto, por suposto, introduce novas posibilidades: si nun lanzador de moi alta velocidade redúcese o tempo paira os astronautas, as perspectivas de viaxar cara ás estrelas fanse máis atractivas.

Percorrendo 270.000 quilómetros por segundo e deixando ao carón a necesidade de tempo de aceleración e deceleración, a tripulación pode chegar a Proxima Centauri en 23 meses. Se lle sumamos dezaoito meses paira facer o exame, a tripulación tardará uns cinco anos en completar todo o evento. Pero na Terra pasarían once anos. En viaxes máis longas e con maiores velocidades a situación é aínda máis dramática. O sirio sería suficiente nove meses de vida de astronauta paira desprazarse a unha velocidade do 99.9 por cento da velocidade de luz (5.3 parsec). Pero cando volven á terra, a tripulación de Sirio descobre que pasaron dezasete anos.

En 17 anos a tecnoloxía e a sociedade poden cambiar, pero quizais non drasticamente. Pero imaxínache o que pode pasar a unha velocidade deste tipo ao centro da galaxia, 10.000 parsec. Segundo os astronautas, a viaxe podería durar uns 3000 anos. Na Terra, con todo, serían 65000 anos!

Retrorreactor cara ás estrelas

Tras realizar una serie de ensaios a través do lanzador de pulso nuclear, os deseñadores de barcos buscarán atopar algo moito máis rápido. O retrorreactor interestelar (ISR) parece una opción intelixente.

Fai uns 25 anos R.W. Bussard esbozou a idea de que o espazo utilizaría o propio medio interestelar como fonte de combustible. Utilizando una ferramenta de malla, o barco crearía na súa parte dianteira un potente campo magnético de miles de quilómetros. Este campo magnético atraería a todos os iones de hidróxeno da zona, que se utilizarían no reactor de fusión situado no interior do buque.

En opinión de Bussard, o retrorreactor (ISR) podería alcanzar una aceleración ideal de 1-g si a súa superficie pasa de 10.000 quilómetros cadrados de alta densidade iónica a 10.000.000 quilómetros cadrados de baixa densidade.

Co retrorreactor, canto máis velocidade mellor. Un aumento da velocidade reduce a distancia entre dous puntos do espazo. Neste punto as perspectivas dos investigadores terrestres e da flota non serían coincidentes. Segundo isto, canto maior é a velocidade á que se move o retrorreactor, maior é a proximidade das súas iones frontais. A unha velocidade do 99.9 por cento da velocidade de luz, os iones entre a Terra e a zona galáctica (10.000 parsec) aparecerían apilados nun cilindro de 450 parsec.

Hai posibilidades marabillosas paira o retrorreactor. Imaxinade que un barco deste tipo salga do sistema solar cun lanzador de pulso nuclear. Nuns meses porá en marcha un truco en rede, atraendo poucos hidróxenos ao principio, pero ingeriendo cada vez máis a medida que avanza o tempo. A compresión relativa de distancias atrae cada vez máis iones ao interior da rede e o motor aliméntase de combustibles en continuo crecemento. Pero tamén ten un efecto contrario e é que a masa do retrorreactor tamén ten que aumentar. En consecuencia, este empuxe que se engade non serve paira gañar velocidade.

Todo isto non ten nada. Imaxinemos que cun reactor destas características é posible que as distancias do universo circulen dentro de poucos meses, días e horas. Así, trataríase dunha viaxe unidireccional paira os viaxeiros. Os membros da tripulación non poderían volver a casa, polo menos á casa que coñecen.

Colonización de estrelas

O ser humano irá sen dúbida cara ao espazo, colonizando en primeiro lugar os mundos próximos: una base na lúa cos observatorios e o hotel; una base máis pequena en Marte: quizais una sede científica en Ganimide, seguida de Titán e Tritón, máis afastados.

E logo as estrelas. Despois de que probas como Daedalus conclúan o seu traballo de estudo, 61 Cygni, Tau( ) Ceti ou Sigma Pavonis, situadas a 6 parsec da Terra, poderían ser os seguintes destinos. Máis adiante, utilizando a tecnoloxía ISR (Interstellar ram-jet), podemos falar de dez parsec e despois de porcentaxes.

A medida que o ser humano vaia á Galaxia, deberá adaptarse ás condicións que atope. Quizá pola influencia doutros seres enxeñosos póidanse crear novas culturas, éticas, científicas e artísticas. Cambiando física e intelectualmente o Homo Sapiens paira adaptalo ás novas contornas pódese asociar a outras liñas da evolución.

E todo isto pode suceder nunha parte moi pequena da Galaxia Vía Láctea, una colección discoidal de 200 billóns de estrelas e un dos billóns galaxias do universo. A pesar de que a condición humana chegue a colonizar as estrelas máis próximas, a viaxe cara ao espazo das nosas especies non fará máis que empezar.