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Navegando por el espacio impulsados por la luz

Una tecnología en ciernes, las velas solares, permitirán alcanzar elevadas velocidades para viajes estelares, sin necesidad de combustible


Para viajes espaciales de larga trayectoria, por ejemplo, a Próxima Centauri, se precisará de motores a reacción, y de una cantidad de combustible inalcanzable. Por eso se está buscando una forma de propulsión que permita "captar" energía del espacio. Las velas solares podrían ser una solución. Por Javier Molina.


Javier Molina
Doctor en Informática y Telecomunicaciones y aún así apasionado de las ciencias clásicas Saber más del autor



Cuando hablamos de poner una nave en movimiento en el espacio encontramos una tremenda ventaja con respecto a la Tierra: una vez damos impulso a la nave, esta se moverá a velocidad constante indefinidamente, hasta que alguna fuerza altere la situación.

Pero existe también una gran desventaja, atendiendo a los métodos tradicionales de propulsión en el espacio:  cualquier aceleración controlada en el vacio requiere del movimiento de una masa en dirección contraria. 

En la Tierra, podemos utilizar como masa la superficie (en el caso de la rueda "lanzaríamos" el suelo en dirección contraría) o del aire o agua (en el caso de una hélice). Ya que en el espacio encontramos el vacío, a nuestro alrededor no habrá nada que "lanzar", lo que supone que una nave necesita expulsar algún tipo de carga, normalmente un gas a presión o un  un chorro de fluido producido por un motor a reacción.

En ambos casos, sea bien gas a presión o combustible del motor, estos estarán limitados, por lo tanto, también la velocidad punta de la nave y su maniobrabilidad. Cuanto más lejos está el destino, más tiempo tardaríamos en llegar, por lo que querríamos más velocidad y en consecuencia más combustible.

El agotamiento del mismo ya ha generado problemas en alguna misión espacial: en 1974 la sonda Mariner 10  se quedó sin propelente, por lo que se tuvo que llevar a cabo una maniobra improvisada, que consistió en el uso de paneles solares para captar los fotones y usar su fuerza para corregir la posición. Este es el concepto de "vela solar".

Del viento a la luz

Los veleros se mueven gracias al empuje del viento sobre sus velas. En el espacio no hay atmósfera, luego el viento no existe tal y como lo conocemos en la Tierra; así que allí una vela de tela carecería de sentido.
 
La cuestión está en que las ondas electromagnéticas, como la luz, a veces se comportan como ondas, a veces como partículas con masa. Broglie así lo formuló en 1924 en su teoría ondocorpuscular.

Se entiende por vela solar el dispositivo que se utiliza para captar las partículas con carga (fotones en el caso de la luz) para impulsar el movimiento de un vehículo. A lo largo del siglo XX, se ha escrito bastante sobre esta tecnología, por ejemplo, "La Historia de la Navegación Solar", de  Friedman o "Veleros del Espacio" de Wiley. A finales de este siglo, ya son varias las instituciones trabajando en el tema a un nivel más técnico.

Es importante destacar que el desarrollo de esta tecnología podría permitir viajes interestelares, ¡incluso con vuelta! Con la elección de una correcta trayectoria que permitiera tomar suficiente energía de la radiación solar, podríamos hablar de velocidades que permitirían alcanzar la estrella más cercana en el orden de decenas de años.

Casos reales

En 1960, se demostró por primera vez la viabilidad de usar la radiación solar como fuerza de empuje.

Para ello se utilizó un globo metalizado grande y ligero, que se movió por el espacio con la fuerza solar hasta que fue aniquilado por la radiación. En 1970, se planteó la posibilidad de alcanzar el cometa Halley con el uso de velas solares, pero la tecnología no estuvo lista. 

En 1974, la Mariner 10, como ya hemos comentado, tuvo que usar sus paneles solares para corregir su posición por la falta de combustible.  En 1998, se realizó una investigación al respecto, por parte de la Agencia Espacial Europea y el Centro Aeroespacial Alemán. A día de hoy, son ya muchos los satélites que usan paneles reflectantes para la corrección de su posición, controlando el movimiento mediante distintas orientaciones con respecto al Sol.

Hasta el momento, solo se ha conseguido poner una sonda impulsada por vela solar en el espacio. Se trata de la Ikaros, y su lanzamiento fue en 2010. El proyecto más interesante y reciente es el llamado Helios, llevado a cabo por la NASA. En este caso, en vez de una vela al uso, estaríamos hablando de 12 aspas que, con su giro independiente, permitirían un mayor control de la dirección de propulsión. Se estima que se podrán hacer experimentos en el espacio en 2020.

Limitaciones

Pero no son pocos los problemas que aún presenta esta tecnología. El primero, el material de la vela tiene que ser extremadamente ligero y resistente a la radiación cósmica.

Además, el despliegue de una vela de decenas de metros de lado no es trivial; el material también ha de ser, pues, fácilmente plegable.

Otra factor a tener en consideración es que la cantidad de radiación solar disminuye rápidamente según nos alejamos del Sol, lo que quiere decir que la propulsión que de ella podemos obtener también disminuye con la distancia.

Para alcanzar grandes velocidades se plantea el uso de trayectorias con pasadas "cercanas" al sol, que permitirían la absorción de suficiente energía antes de que la nave se alejase. Sin embargo, aún con estos problemas por resolver, las velas solares son la tecnología más prometedora cuando hablamos de viajes a largas distancias.


Jueves, 21 de Abril 2016
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