5 grandes preguntas sobre la tecnología Nanocraft de Starshot

El martes, el multimillonario ruso Yuri Milner y el famoso astrofísico Stephen Hawking anunciaron su plan de $ 100 millones para estudiar Alpha Centauri, el sistema estelar más cercano a la Tierra (a solo 4.37 años luz de distancia). El objetivo, entre varias investigaciones científicas diferentes, es encontrar básicamente si existen extraterrestres en ese cuello de bosque, o al menos si hay planetas o lunas en el sistema capaces de sustentar la vida.

Llamado The Breakthrough Starshot, el proyecto consiste en enviar una nave espacial ultraligera (denominada "StarChips") en su camino a Alpha Centauri transportada por una vela luminosa impulsada por un haz de luz de 100 gigawatt.

Esto es sólo la punta del iceberg. Todo el plan sale como un genio loco, o simplemente loco. Sin embargo, cuanto más te sumerges, más y más parece que el plan de Milner y su equipo podría ser realmente factible.

Esto se debe a que la tecnología que están proponiendo no está muy lejos del ámbito de lo posible. Ciertamente estira la imaginación, pero no la rompe. La tecnología lightsail ya está siendo probada por varios grupos de investigación, incluido uno organizado por Bill Nye. El aumento en CubeSats como una forma económica y económica de realizar investigaciones espaciales realmente ha demostrado cuánto se puede ganar creando naves espaciales más pequeñas y livianas. Los nanocrafts lanzados por Starshot son solo un paso lógico en esa dirección.

Aún así, hay mucho de las preguntas que quedan sobre cómo diablos Milner, Hawking e incluso el fundador de Facebook Mark Zuckerberg (un inversionista) van a lograr esto. Aquí están las cinco preguntas más importantes acerca de la tecnología de nanocraft y el sistema de lanzamiento de haz de luz, y algunas respuestas que podrían proporcionar alguna información.

Los haces de luz como tecnología de propulsión, por favor explique!

El plan de Starshot para lanzar estos bebés de nanocraft no usa combustible y fuego, usa luz y láseres. Los láseres enfocados de alta potencia han sido una fuente de intriga para los ingenieros de propulsión desde hace décadas, pero solo recientemente hemos podido concebir el uso de dicha tecnología en varias aplicaciones, incluido mover los desechos orbitales fuera del camino de los satélites críticos. Después de todo, la luz es una energía capaz de ejercer fuerza en un sistema.

Esa es la palabra clave, sin embargo: concebir. Todavía tenemos que construir un rayo láser que pueda disparar a otro objeto. dentro Espacio a través de la pura fuerza de los fotones. Los científicos están trabajando en tecnologías de propulsión híbridas que usarían láseres en combinación con métodos más convencionales, pero no como el único propulsor.

Podría estar diciendo, "pero entonces, ¿cómo se supone que una vela solar funciona en el espacio?" Bueno, la tecnología de la vela solar requiere el uso de fotones producidos por los rayos del sol para impulsar la vela (y su nave espacial) hacia adelante. Sin embargo, la vela consigue espaciar el estilo antiguo: los cohetes.

Starshot afirma que un haz de luz, una serie de láseres configurados en una escala de un kilómetro, podría potencialmente proporcionar hasta 100 gigavatios de energía emitida. No utilizaríamos un láser ultra grande, sino muchos más pequeños. Tal vez millones, o cientos de millones.

¿Podría ser eso suficiente fuerza para sacar a las nanocarreras de la atmósfera y la fuerza gravitacional de la Tierra? Tal vez. Milner cree que Starshot tiene una mejor oportunidad al configurar la plataforma de lanzamiento en un entorno de gran altitud, como el desierto de Atacama. (Aquí hay cuatro sugerencias que hicimos hoy). También es lo suficientemente seca como para reducir la probabilidad de que el vapor de agua pueda acumularse y crear un peso adicional en la nave espacial u obstaculizar la fuerza del láser a medida que empuja la nave hacia arriba.

Si todo va bien, las sondas estarían en camino a Alpha Centauri a 100 millones de millas por hora y alcanzarían el sistema dentro de 20 años.

Lightsails son super delgadas y super delicadas. ¿Cómo se supone que esta cosa sobreviva al lanzamiento? ¿Cómo se supone que sobrevivirá a las rocas y al polvo que gira alrededor del espacio durante veinte años?

Una vela de luz está hecha de un metamaterial ultra delgado (un término general que se refiere a materiales experimentales) diseñado para captar fotones provenientes de una fuente de luz y usarlos como una fuerza de presión que se ejerce sobre la vela. Como resultado, la vela puede avanzar e incluso acelerar a velocidades mucho más altas.

Como mencioné, las luces no son nuevas. Bill Nye y la Sociedad Planetaria han estado trabajando en un proyecto de velas ligeras que busca demostrar la viabilidad de dicha tecnología como un diseño rentable de propulsión de naves espaciales. La NASA está lanzando el Asteroid Scout (NEA Scout) cerca de la Tierra en 2018 a bordo Orión para la misión inaugural del Sistema de Lanzamiento Espacial, que se abrirá camino hacia un asteroide cercano a través de una vela solar expansible.

Ambas velas luminosas se enfrentan al mismo problema de colisionar con polvo y escombros interestelares que podrían abrir agujeros en la vela y hacer que todo se descarrile. Esa es una posibilidad bastante clara, pero está limitada por un par de consideraciones.

Primero: el espacio es grande. Hay un montón de trozos de materia flotando alrededor, pero no es como aquí en la Tierra donde las partículas en el aire están por todas partes. Los objetos en el espacio están a millas de distancia, tan poco como 10 a tanto como millones, pero aún así millas. La posibilidad de golpear algo, aunque real, es todavía relativamente remota.

Segundo, estas velas fueron diseñadas específicamente para permanecer relativamente sólidas en daños menores. Tome el NEA Scout, por ejemplo. La NASA ha comprobado qué tan bien su vela luminosa puede mantener la integridad estructural incluso si se golpea con algunos fragmentos de basura espacial aquí y allá. Mientras no haya una lesión catastrófica (como, por ejemplo, un asteroide del tamaño de Texas en la nave espacial), el NEA Scout puede seguir avanzando y maniobrar a sí mismo bajo los comandos de la NASA.

Los nanocrafts de Starshot también tienen que lidiar con estos problemas. Se prevé que sus faroles se extiendan a algo en la escala de unos pocos metros, por lo que serán bastante pequeños. Pero tendrán un grosor de unos pocos cientos de átomos y una masa de aproximadamente un gramo. Son lo suficientemente pequeños como para evitar casi todos los tipos de objetos que se aproximan y que flotan en el espacio, pero en las probabilidades desafortunadas de ser golpeados, es probable que toda la nave espacial sea destruida. Y no sabemos casi nada sobre el contenido de polvo en Alpha Centauri.

Pero hay un gran problema con el que la nanocraft solo tiene que lidiar: no desmoronarse durante el lanzamiento del haz de luz. Se espera que la vela sea alcanzada por un rayo que representará aproximadamente 60 veces la luz solar que golpea la Tierra en un momento dado. La vela necesita no solo evitar que se derrita, sino también llegar al espacio sin ser destrozada por las fuerzas atmosféricas. Se estima que una parte en 100,000 del láser sería más que suficiente para evaporar la vela. Esto nunca se ha hecho antes. No se sabe cuánto deben realizarse las pruebas del proyecto Starshot antes de hacer esta parte correctamente.

¿Cómo funciona el StarChip? ¿Qué tipo de datos se supone que debe recopilar?

Los StarChips, que se construyeron en la escala de un gramo y pueden caber en la palma de la mano, no serán el sistema más moderno en el que algo como el rover Curiosity o el Telescopio Espacial Kepler han ayudado. Estudiar diferentes mundos en el espacio. Serán muy básicos. El objetivo es pegar cuatro cámaras (dos megapíxeles cada una) en el chip que permitirá obtener imágenes muy elementales de Alpha Centauri y los diferentes planetas y lunas del sistema.

Esos datos se transmitirían de vuelta a la Tierra usando una antena retráctil de un metro de largo, o tal vez incluso usando la vela de luz para facilitar las comunicaciones basadas en láser que podrían enfocar una señal hacia la Tierra.

Eso parece bastante estándar. ¿Qué se supone que nos muestran esas imágenes exactamente?

Ahí radica otro desconocido. Cuando los astrónomos evalúan el potencial de otros mundos para ser habitables, están observando una gran cantidad de datos diferentes, que van desde la temperatura del planeta, la composición, la distancia de su estrella anfitriona, los signos de una atmósfera actual, y mucho más. Muchas de estas cosas solo se pueden medir a través de diferentes tipos de cámaras que pueden ver a través del espectro electromagnético. Los nanocrafts en este punto estarían funcionando con cámaras no muy diferentes de lo que usamos en nuestros teléfonos inteligentes. Eso es apenas útil para comprender realmente si un planeta o la luna pueden sostener cualquier tipo de vida o si ya están mostrando signos de vida.

Sin embargo, cuando considera que el objetivo es enviar múltiples naves espaciales pequeñas a un sistema distante que es múltiple A años luz de distancia en menos de dos décadas, tiene que reducir costos en algún lugar.

Incluso si esto sobrevive al viaje a Alpha Centauri, ¿cómo se supone que viva el tiempo suficiente para recopilar suficientes datos útiles?

La longevidad es crucial para el proyecto Starshot. La nanocraft necesita mantenerse en funcionamiento durante varias décadas para aprovechar al máximo su potencial de investigación. Para este fin, la iniciativa Breakthrough propone una fuente de energía a bordo basada en plutonio-238 o Americio-241, que no pesa más de 150 miligramos.

Básicamente, a medida que el isótopo plutonio o americio se desintegra, cargaría un ultra-condensador que enciende los componentes de StarChip necesarios para capturar imágenes y transmitirlas a la Tierra. También podría implementarse una fuente de energía termoeléctrica para aprovechar las temperaturas de la superficie frontal de los nanocomponentes a medida que comienza a acercarse a las atmósferas de otros mundos.

La energía fotovoltaica (convertir la luz solar en energía) también está bajo consideración. Un prototipo de vela solar que fue probado por Japón hace unos seis años, IKAROS, pintó la superficie de su vela solar con una energía fotovoltaica. Esto no es práctico cuando nanocraft finalmente sale de los límites del sistema solar, pero podría ser útil durante ese tiempo para ahorrar aún más energía de la batería.

La gran pregunta es si puede mantener viables dichos materiales de bajo costo durante 20 a 50 años. En un escenario ideal, lo más probable es que ocurra que cada nanocraft solo recopilará datos durante un lapso de tiempo relativamente corto, unos pocos meses. Si Milner y la compañía realmente están empeñados en producir estas cosas en masa, entonces no deberían tener problemas en enviar un grupo en todas direcciones para explorar tanto como puedan sobre Alpha Centauri. Esperar que cada uno opere durante años es muy poco práctico si no podemos intervenir directamente y cambiar sus movimientos en nuevas direcciones.

Costo

El objetivo expresado de Milner es hacer que cada nanocraft cuente con el costo que cuesta construir un iPhone. Cada combinación de SmartChip y lightail no debe ser superior a unos cientos de dólares, y el objetivo es seguir agregando mejores tecnologías a medida que se vuelven cada vez menos costosas a lo largo de los años.

En realidad, la parte más cara (y posiblemente menos factible) de este proyecto es el haz de luz. Estamos hablando de 100 gigavatios de potencia durante dos minutos para disparar la maldita cosa. Un solo gigavatio puede alimentar 700,000 hogares. Así que eso es suficiente para 70,000,000 hogares.

Eso es suficiente para mantener a muchos países pequeños en funcionamiento. Eso es 100 veces la cantidad producida por una central nuclear típica. Es alucinante incluso comprender cómo van a reunir tanta energía en un solo lugar para lanzar un montón de nanocrafts al espacio.

El costo total de un golpe de luz puede ser, según un comentarista en el sitio web de Breakthrough, $ 70,000.

Sí, ya lo veremos …