Propulsión mediante láser y pellets de plasma

Viajando a solo 3,6 AU (1 AU es la distancia de la Tierra al Sol) al año, las misiones Voyager tardaron casi la mitad de la vida humana en llegar a la heliopausa. Artur Davoyan de la UCLA quiere acelerar ese proceso de forma espectacular mediante el uso de partículas de rápido movimiento impulsadas por láser.

Al igual que el concepto de velas solares estudiados durante años, este sistema de propulsión de haz de gránulos podría impulsar naves espaciales que pesen una tonelada a la órbita de Neptuno en solo un año: la Voyager 2 tardó el doble de tiempo en llegar a Júpiter. El haz de partículas microscópicas se mueve a una velocidad de más de 120 km/s, propulsadas por ablación láser.  

Extrapolada, esta tecnología podría incluso impulsar un vehículo espacial 500 UA en 15 años, colocando a la nave justo en el disco disperso del Cinturón de Kuiper.

Durante la Primera fase del proyecto se valorarán estas afirmaciones emocionantes pero audaces mediante el modelado de los subsistemas de la tecnología de haz de gránulos y el diseño de experimentos de evaluación del concepto. 

Los rayos de pellets no son la única tecnología de propulsión disponible, ya que otros dos proyectos NIAC recurren a los reactores nucleares en busca de formas de llevar a los humanos más allá de los límites de los cohetes convencionales.

El primero (y el más conocido) es una nueva clase de motor de propulsión térmica nuclear (NTP), un sistema de propulsión alimentado por fisión que se espera que reduzca los tiempos de viaje a Marte en al menos un 25 por ciento. Otro concepto es un motor de cohete de fragmentos de fisión nuclear, o FFRE, que según la NASA sería "exponencialmente más eficiente en cuanto a propulsión que los motores cohete clásicos". ¿El problema? En este momento, los motores FFRE son prohibitivamente masivos, increíblemente complejos y tienen algunas limitaciones térmicas bastante grandes, problemas que la empresa de propulsión Positron Dynamics espera superar.

Con estos tres conceptos, los cohetes químicos aún tendrían su lugar al proporcionar el escape inicial de la gravedad de la Tierra. Pero está claro a partir de estas selecciones de NIAC que la NASA está ansiosa por ir más allá de la limitación de velocidad de los cohetes actuales.

La proyectada misión propulsada por una vela láser a Alpha Centauri, requerirá un despliegue de 35 kilómetros de diámetro, con un peso de una tonelada, casi la mitad de la nave en su conjunto.

Según el Profesor Asistente de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), Artur Davoyan, con el cañón de fotones se podrán alcanzar los planetas exteriores del sistema solar en menos de un año. El mecanismo es similar al de una vela solar impulsada por láser, como en el proyecto Starshot. Davoya, de hecho, afirma que está inspirado en el concepto de “vela-rayo” de Starshot.

El objetivo de Starshot es viajar a una quinta parte de la velocidad de la luz utilizando una matriz de láseres situados en una estación terrestre. Esta matriz impulsará una vela solar de grosor microscópico y solo tres metros de diámetro. Como un barco de vela espacial, esta vela arrastraría sensores de tamaño microscópico a Alfa Centauri, el sistema estelar más cercano a la Tierra, situado a “sólo” 4,37 años luz de distancia.

El nuevo cañón de fotones no usará una vela. De hecho, el láser de 10 megavatios situado en órbita no tocará la nave sino unos proyectiles de tamaño microscópico que saldrán disparados a hipervelocidad (más de 120 kilómetros por segundo) hacia una nave de aproximadamente una tonelada de peso. Esos proyectiles serán los que empujen la nave en trayectorias rápidas, recorriendo 66.220 millones de kilómetros en un año.

Obviamente, la nave Starshot es mucho más rápida: llegará a recorrer 1,8 billones de kilómetros en un año si el programa tiene éxito. Pero, mientras que Starshot sólo podrá llevar unos instrumentos diminutos, este nuevo sistema podría enviar una tonelada de peso a su destino.

Esto significa que podríamos enviar un submarino en busca de vida a Europa, la luna de Júpiter, en sólo un mes, o enviar nuevos rovers a Marte en sólo una semana.

Otro uso interesante sería poner un nuevo telescopio infinitamente más potente que el James Webb en una órbita lejana. Davoyan afirma que una nave llegaría a 100 unidades astronómicas (la distancia de la Tierra al Sol) en sólo tres años y a 500 UA en unos 15 años. Esta última es una distancia suficiente para utilizar el sol como una lente gravitacional en el mayor telescopio jamás creado por la humanidad, un instrumento tan increíblemente potente que permitirá, por primera vez en la historia, ver un planeta en otro sistema solar en detalle.