Concepto de nave espacial en un sistema solar lejano - ABC

Ocho naves espaciales con las que podremos abandonar el Sistema Solar

El físico y divulgador Michio Kaku escribe en «El futuro de la humanidad» cómo sería un porvenir en el que el humano viajase a otras estrellas. Habla de viajes realizados gracias a propulsores de fusión, motores de antimateria y agujeros de gusano

MADRIDActualizado:

La nave espacial que mayor distancia ha viajado está en algún punto de la constelación de Ofiuco. Se trata de la Voyager 1, una vetusta sonda que fue lanzada el 5 de septiembre de 1977 y que aún sigue funcionando, según dijeron algunos de sus creadores, gracias a que no tiene ordenadores a bordo. Está tan lejos, que la luz del Sol tarda en llegar hasta ella 20 horas, cuatro minutos y 35 segundos, cuando la luz de nuestra estrella solo tarda ocho minutos y 20 segundos en llegar a la Tierra.

Puede parecer que la Voyager 1 ha llegado muy lejos, pero solo si no recordamos que los límites teóricos del Sistema Solar están a una distancia de un año luz. O si no tenemos en cuenta que la estrella más cercana, Próxima Centauri, está a alrededor de 4,24 años luz. La Voyager 1 necesitaría 90.000 años para llegar hasta ella a su velocidad actual. Es cierto que esta no es una nave especialmente veloz, pero los vehículos más rápidos de todos los tiempos necesitarían milenios para llegar hasta nuestra vecina galáctica.

La necesidad de viajar a las estrellas

El divulgador y físico Michio Kaku se plantea si alguna vez estas distancias podrían acortarse, y si el hombre podría llegar a pisar planetas en torno a estrellas distintas al Sol. En «El futuro de la humanidad» (Debate) dibuja un futuro en el que la humanidad probablemente tenga que dejar atrás la Tierra no por curiosidad y afán de conocimiento, sino por simple supervivencia.

La historia del planeta muestra que cada cierto tiempo ocurren erupciones volcánicas, asteroides y extinciones masivas. ¿Qué haremos cuando ocurra? ¿No deberíamos tratar de colonizar otros mundos? Por ello, describe varias tecnologías futuristas pero factibles que podrían usarse para colonizar Marte, prolongar la longevidad y construir robots autorreplicantes.

Michio Kaku destina uno de los capítulos a las naves y a los propulsores interestelares. Ninguno de ellos ha despegado del papel, pero todos son, hoy por hoy, los ingenios más factibles para la difícil empresa de superar la barrera marcada por la inmensidad del Universo y la finitud de nuestras vidas.

De entrada, este divulgador deja claro que la solución más sencilla, que sería construir un cohetes gigantesco, sería imposible. «Necesitaría una cantidad de combustible directamente exponencial a su velocidad, y un cohete químico no puede cargar suficiente combustible para un viaje de esa distancia», escribe Kaku.

1. Lo más realista, el disparo interestelar

Concepto de vela láser para enviar «nanovaes» a Alfa Centauri
Concepto de vela láser para enviar «nanovaes» a Alfa Centauri - Breaktrough Starshot

Entonces, ¿cómo llegaremos tan lejos? ¿El cine nos esta dando pistas? Casi cualquier película de ciencia ficción muestra relucientes y hermosas naves espaciales, con amplios habitáculos y todo tipo de lujos y comodidades (incluyendo fuentes propias de gravedad, duchas o piscinas). Las cintas más oscuras y terroríficas apuestan por buques más grasientos y repletos de tuberías, pero igualmente grandes y profundos, semejantes a enormes petroleros. Pero lo cierto es que tanto unas como otras poco tienen que ver con las claustrofóbicas cápsulas espaciales de las Soyuz, o con el humilde interior de la Estación Espacial Internacional, tan pequeño, diáfano, incómodo y (aparentemente) ingrávido.

Así que, ¿qué debemos esperar? ¿Cómo serán las primeras naves capaces de llevarnos a otras estrellas? Según escribe Michio Kaku en «El futuro de la humanidad», «en términos realistas, nuestras primeras naves interestelares no estarán tripuladas y no se parecerán en nada a los grandes y resplandecientes vehículos que aparecen en las películas. De hecho, puede que no sean mayores que un sello de correos».

Kaku se refiere al proyecto Breaktrough Starshot, respaldado por Stephen Hawking, Yuri Milner o Mark Zuckerberg, y que, desde 2016, propone desarrollar «nanonaves». Estas estarían compuestas por sofisticadísimos chips instalados en velas estelares y que se moverían gracias al empuje generado por una potente fuente de rayos láser situada en la Tierra.

100 gigavatios y una vela láser

Cada uno de estos chips tendría el tamaño de un pulgar, pesaría unos 25 gramos y contendría miles de millones de transistores. Según dijo Hawking, una inversión de 10.000 millones de dólares bastaría para que, en solo una generación, se pudiesen enviar estas pequeñas sondas hasta Alfa Centauri. Según sus cálculos, una potencia de 100.000 millones de vatios bastaría para acelerar una de estas velas a un quinto de la velocidad de la luz, y cubrir esta distancia en 20 años.

La gran ventaja de este proyecto es que su precio no es desorbitado (sobre todo si recordamos que cada vuelo de las lanzaderas espaciales costaba casi mil millones de dólares) y que se basa en una tecnología relativamente actual. La técnica ya permite empaquetar los chips de forma espectacular y a bajo coste.

Un problema aparte es construir la batería de los láseres y satisfacer sus demandas energéticas. Si una planta nuclear genera un millón de vatios de potencia, haría falta una potencia 100.000 veces mayor para impulsar la vela hasta Alfa Centauri.

Según explica Michio Kaku, una solución para este cuello de botella sería desarrollar nuevas fuentes de energía o construir la batería de láseres en la luna, a salvo del efecto amortiguador de la atmósfera terrestre. Otra dificultad sería conseguir la precisión suficiente como para apuntar a las velas y bombardealas durante al menos 2 minutos, tal como se requiere. El más mínimo desvío de la vela haría que la misión fracasase.

2. Izad las velas... solares

Esquema de la sonda IKAROS, que en 2010 viajó hasta Venus impulsada por una vela solar
Esquema de la sonda IKAROS, que en 2010 viajó hasta Venus impulsada por una vela solar - Andrzej Mirecki

En realidad, las velas láser son solo una variante de las velas solares, unos dispositivos que aprovechan el diminuto empuje del viento solar, compuesto por fotones y otras partículas de alta energía, como si se tratase de una brisa marinera. «De hecho –escribe Michio Kaku– muchas de las ecuaciones que se emplean para guiar barcos de vela se pueden aplicar también a las velas solares en el espacio exterior».

Pero un momento, ¿la luz empuja? Johannes Kepler observó este efecto cuando comprobó que las colas de los cometas siempre apuntan en dirección contraria al Sol. Julio Verne imaginó un futuro en que «tendremos velocidades mucho mayores, cuyo agente mecánico será probablemente la luz o la electricidad».

Parece que las predicciones de Verne están en camino de cumplirse. La NASA ya ha hecho algunos intentos para usar velas solares (aunque ha perdido el interés por ellas) y, en 2010, la agencia espacial japonesa (JAXA) desplegó un satélite, llamado IKAROS, equipado con una vela de 14x14 metros y que fue capaz de llegar a Venus en tan solo seis meses gracias al empuje del Sol.

Según los cálculos del físico Geoffrey Landis, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), una vela capaz de llegar a Alfa Centauri tendría que estar compuesto por una capa ultrafina de un material similar al diamante con cientos de kilómetros de longitud. Formaría parte de una nave gigantesca, de un millón de toneladas, y necesitaría cantidades de recursos totalmente ingentes. A bordo, viajarían varias generaciones de tripulantes dispuestos a emprender un viaje de dos siglos. Por si acaso esto queda muy lejos, Landis está trabajando en la vela del proyecto Breaktrhough Starshot. Quedémonos en los chips, por el momento.

3. Motores iónicos

Sonda BepiColombo. Actualmente, viaja a Mercurio impulsada por sofisticados motores iónicos
Sonda BepiColombo. Actualmente, viaja a Mercurio impulsada por sofisticados motores iónicos - ESA/JAXA

Si encendiéramos un cohete espacial dentro de un laboratorio, en cuestión de una fracción de segundo de nosotros solo quedaría el recuerdo. Estos propulsores, que pueden ser de combustible líquido o sólido, se caracterizan por generar mucho empuje durante un tiempo muy corto. Pero hay otros conceptos, como el motor iónico, que generan un empuje escaso pero durante un tiempo muy largo.

¿Qué pasaría si encendiéramos un motor iónico, como el usado en la misión BepiColombo, en un laboratorio? «El empuje de los motores iónicos es tan desesperadamente pequeño que, cuando se enciende, parece que no ocurre nada», escribe Michio Kaku en «El futuro de la humanidad».

Estos motores funcionan arrancándole los electrones a un gas, como el xenón, para generar iones. Después, su fucionamiento consiste en acelerar estos iones para expulsarlos al exterior, por medio de un campo eléctrico. El resultado es que obtenemos un vehículo con muy poca aceleración pero capaz de recorrer enormes distancias.

Tal como recuerda Michio Kaku, otra opción es ionizar el gas por medio de microondas u ondas de radio y acelerar sus iones después. Esto se llama motor de plasma y, en teoría, «podría reducir la duración del viaje a Marte de nueve meses a menos de 40 días». El inconveniente de este concepto es que, para un viaje interplanetario, requiere tanta electricidad como la generada por una planta nuclear.

Con todo, y teniendo en cuenta el trabajo de desarrollo que ya se ha hecho, según Kaku «lo más probable es que, a finales de este siglo, los motores iónicos sean la columna vertebral de las expediciones interplanetarias».

4. Cohetes de fusión

La fusión nuclear se podría usar en el futuro para impulsar naves espaciales
La fusión nuclear se podría usar en el futuro para impulsar naves espaciales - ABC

Las velas solares y los motores iónicos son sólidos y fiables. Pero, en un futuro, es posible que se aprovechen diseños que hoy son extremadamente caros pero que tienen una base física sólida y factible. Al menos en teoría.

Uno de estos diseños es el de los cohetes de fusión. Consisten en liberar el poder de la fusión para, por ejemplo, calentar un líquido que después se deja salir por un tubo. El principal problema es que requieren poder confinar el combustible en un campo magnético, porque este se calienta tanto que destruiría cualquier material.

En la actualidad, el primer reactor experimental de fusión (ITER, siglas en inglés de Reactor Termonuclear Experimental Internacional) no empezará a funcionar hasta 2035, por lo menos, y tras una inversión de 12.000 millones de euros. En teoría, porque todavía no se ha resuelto el problema de cómo confinar el poder de la fusión. «Afirmamos que introduciremos el Sol en una caja –en su corazón se producen las reacciones de fusión nuclear con las que se alimenta y nos ilumina–. La idea es bonita. El problema es que no sabemos cómo hacer la caja», dijo el Nobel Pierre-Gilles de Genes.

Fusión láser

Otra opción es el confinamiento inercial. Esta idea se basa en la fusión láser, en la que una serie de gigantescos rayos comprimirían una pequeña bola de material rico en hidrógeno con el que arrancar la fusión.

«Como idea, el cohete de fusión nuclear es un concepto sólido, pero la energía producida por la fusión no está demostrada», escribe Michio Kaku. «Además, el tamaño y la complejidad de estos hipotéticos cohetes arroja dudas sobre su viabilidad, al menos en este siglo. Aun así, junto con las velas solares, el cohete de fusión parece lo más prometedor», concluye el divulgador.

5. Astronaves de antimateria

«USS Enterprise», una nave impulsada por la antimateria
«USS Enterprise», una nave impulsada por la antimateria - ABC

¿Por qué no pensar a lo grande? ¿Por qué no hacer realidad los motores de antimateria de Star Trek? A fin de cuentas, estos utilizarían la mayor fuente de energía del Universo: la transformación directa de materia en energía por medio de colisiones entre materia y antimateria.

Tal como recuerda Michio Kaku, la antimateria tiene la carga contraria de la materia. Cuando ambas chocan, quedan aniquiladas y se transforman en energía pura, con un 100 por cien de eficiencia.

Pero, ¿cómo impulsarían una nave? «(La antimateria) se almacenaría en recipientes de seguridad y se introduciría en una cámara en corrientes uniformes. Allí, se combinaría con materia normal y el resultado sería un estallido de rayos gamma y X. A continuación, la energía se haría salir por una abertura para generar impulso».

En busca de la antimateria

Este concepto es fabuloso, pero el principal problema es que la antimateria solo se puede generar en cantidades muy pequeñas. Según dijeron los científicos del CERN, si juntasen toda la antimateria generada hasta ahora con sus colisiones, solo tendrían energía suficiente como para encender una bombilla eléctrica durante unos minutos. No parece muy impresionante.

«La antimateria es el material más caro del Universo. A los precios actuales, un gramo costaría unos sesenta billones de euros», escribe Michio Kaku.

Además, confinar la antimateria, y evitar que choque con la materia del recipiente, requiere usar complejas trampas iónicas. Uno de los últimos «detalles» que dificultan todavía más los motores de antimateria es que las propiedades de esta forma de materia están casi inexploradas.

«No se sabe, por ejemplo, si cae hacia arriba o hacia abajo. La física moderna predice que lo hará hacia abajo, como la materia normal. De ser así, la antigravedad no sería posible», según el autor de «El futuro de la humanidad». Sea como sea, según el autor estos propulsores serán un sueño durante el próximo siglo.

6. Estatorreactores de fusión

Paisaje de fantasía, con dos grandes naves espaciales en el cielo
Paisaje de fantasía, con dos grandes naves espaciales en el cielo - ABC

Otra opción es recurrir al poder de la fusión nuclear pero usando como «combustible» el hidrógeno que se encuentra por el espacio. El resultado es el estatorreactor de fusión, una especie de embudo que captura este elemento y lo aprovecha para quemarlo por medio de la fusión.

Por desgracia, para que esto fuera realidad, sería necesario construir un embudo de cientos de kilómetro de diámetro y dominar, por fin, el poder de la fusión. Aparte, nuestro vecindario tiene tan poco hidrógeno que no se podría generar el impulso suficiente para mover una nave.

Además, Michio Kaku reflexiona sobre un fenómeno, reflejado en la novela «Tau Cero», de Poul Anderson, en el que uno de estos artefactos sufre una avería y no puede apagarse.

Una de las primeras e hipotéticas consecuencias sería que aceleraría más y más, fuera de control, hasta llegar a velocidades relativistas, próximas a las de la velocidad de la luz. El tiempo de la nave se ralentizaría. Dentro todo transcurriría con normalidad, pero en relación con este sistema el envejecimiento del resto del Universo se aceleraría. Quienes viajaran a bordo verían el paso de millones de años a través de la ventanilla.

Colisiones a la velocidad de la luz

Otra consecuencia más verosímil de viajar a velocidades relativistas es que cualquier colisión con cualquier partícula puede poner fin a la existencia de dicha nave. Los campos de fuerza, totalmente ficticios, no podrían frenar a partículas no cargadas (como motas de polvo o trozos de plástico). Además, frenar un ingenio así sería todo un quebradero de cabeza.

7. Motores de curvatura

Concepto de nave diseñada para viajar a través de puentes Einstein-Rosen
Concepto de nave diseñada para viajar a través de puentes Einstein-Rosen - NASA

Allá donde la antimateria o la fusión no llegan, puede entrar en juego la curvatura. Albert Einstein postuló en 1915 que el espacio y el tiempo, que antes se pensaba que eran inertes y estáticos, en realidad son dinámicos, como sábanas lisas que se pueden doblar, estirar y curvar, a demanda de la masa.

Según esta hipótesis, la Tierra no gira alrededor del Sol debido al tirón gravitatorio de este, sino porque el Sol deforma el espacio a su alrededor. Es decir, el tejido del espacio-tiempo empuja a la Tierra y hace que se mueva en una trayectoria curva alrededor del Sol. La gravedad no tira, es el espacio tiempo quien empuja. Newton tendría pesadillas.

Esto lleva a que, a partir de una cierta masa, la curvatura del espacio-tiempo sea tal que la trama se desgarre y aparezca un agujero negro, y, quizás, un portal a través del espacio-tiempo, el llamado puente de Einstein-Rosen o agujero de gusano.

Todos hemos visto uno... en las películas. Se supone que cada vez que atravesáramos uno saldríamos a un Universo diferente. Para ello haría falta que el agujero estuviera girando de forma que sus paredes no colapsaran. De lo contrario, la gravedad nos convertiría en papilla espacial.

Un truco para evitar este cruel destino es estabilizar artificialmente uno de estos anillos añadiendo algo llamado «materia negativa» o «energía negativa». Esta materia nunca se ha detectado (no hay que confundirla con la antimateria, que se genera en aceleradores de partículas) y en teoría podría poseer extrañas propiedades antigravitatorias.

El fantasmal efecto Casimir

La teoría cuántica contempla la existencia de energía negativa a través del efecto Casimir. Ocurre porque en el vacío existen partículas de materia y antimateria que se materializan brevemente y que después se destruyen, tan rápidamente que no violan el principio de que la cantidad total de materia y de energía en el Universo es siempre la misma.

Esta constante agitación genera una «presión», capaz de crear un empuje que parece venir de ninguna parte. Para un constructor de naves la magnitud de este efecto puede resultar despreciable, pero para un físico que manipula átomos puede llegar a ser un incordio. Pero, ¿qué pasaría si se pudiera acumular energía negativa en altas cantidades?

Crear una suficiente cantidad de esta exótica forma de energía está más allá de nuestro alcance, pero en teoría existen otras formas de deformar el espacio-tiempo. Así se podría hacer realidad la hiperpropulsión de la que tanto se beneficia el Halcón Milenario.

8. El impulso de Alcubierre

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El físico Miguel Alcubierre tuvo una genial idea. ¿Y si es la propia nave la que dobla el espacio-tiempo? ¿Y si lo comprime tanto que sean las propias estrellas las que se acerquen?

Tal como escribe Michio Kaku, «una astronave equipada con el impulso de Alcubierre tendría que estar rodeada por una burbuja de distorsión, una burbuja hueca de materia y energía. El espacio-tiempo dentro y fuera de la burbuja estarían desconectados. Cuando la astronave acelera, la gente en su interior no sentiría nada; tal vez ni se dieran cuenta de ello, a pesar de que estarían viajando más deprisa que la luz».

El problema es que esta burbuja hueca requeriría usar materia o energía negativas. Tampoco parece muy verosímil que piloto alguno pudiera controlar esta burbuja y, por tanto, establecer un rumbo. Los últimos cálculos indican que harían falta tanta materia o energía negativas para generar esta burbuja como la masa del planeta Júpiter. No parece algo que se vaya a conseguir pasado mañana.