Femto-nave espacial podría viajar a Alpha Centauri

El año pasado, un pequeño equipo de astrónomos anunció el descubrimiento de un planeta similar a la Tierra que orbita alrededor de la estrella enana roja Proxima Centauri, uno de nuestros vecinos más cercanos en el sistema Alpha Centauri. Este exoplaneta, llamado Proxima Centauri b, se encuentra en la zona habitable alrededor de su anfitrión. El agua allí debería existir en forma líquida, lo que convierte a este planeta en un candidato importante en la búsqueda de vida extraterrestre.

En consecuencia, Proxima Centauri b ha generado un gran interés. Está a unos 40 billones de kilómetros de la Tierra, una distancia que recorre la luz en poco más de cuatro años. Una nave espacial que viaje a una décima parte de la velocidad de la luz podría hacer el viaje en unos 50 años.

Y eso plantea una pregunta interesante. ¿Es posible construir una nave espacial que podamos enviar a Próxima Centauri durante la vida de las personas que viven hoy?

Hoy recibimos una especie de respuesta, gracias al trabajo de Andreas Hein y sus amigos en el Instituto de Estudios Interestelares en Londres, Reino Unido. Estos muchachos han elaborado planes para una nave espacial del tamaño de un gramo que podría hacer el viaje, equipada con una suite en instrumentos que podrían hacer observaciones rudimentarias del sistema estelar y enviar los resultados a la Tierra. Llaman a su femto-nave espacial la sonda Andrómeda y dicen que podría estar en camino a Próxima Centauri y sus estrellas hermanas, en solo unos años.

Pero hay una advertencia. Si bien algunas de las tecnologías requeridas para este viaje están disponibles ahora o en un futuro cercano, otras son mucho más especulativas.

El diseño básico es sencillo. La sonda de Andrómeda es esencialmente el interior mejorado de la cámara de un teléfono inteligente. Consta de una cámara en blanco y negro de 12 megapíxeles, un objetivo, unos sensores inerciales y un magnetómetro. También tiene una batería nuclear, dirección rudimentaria y un sistema de comunicaciones. La masa total de la nave espacial propuesta es de 23 gramos, dicen Hein y compañía.

Y es propulsado por luz láser. La idea, que varios otros han explorado antes, es equipar la Sonda de Andrómeda con una vela ligera y acelerarla hacia Proxima Centauri en la punta de un rayo láser de gran potencia. Este láser se ubicará en la órbita terrestre con una potencia de salida continua de 15 gigavatios.

Hein y compañía brindan un resumen completo de los desafíos tecnológicos involucrados en la construcción de una nave espacial de este tipo (si no el sistema láser).

Uno de los desafíos más críticos es la navegación en el espacio profundo. Gran parte de la precisión de navegación de la sonda dependerá de la precisión de puntería del láser. El equipo dice que la precisión de nanorradianes sería suficiente y que varias naves espaciales actuales tienen requisitos similares. El telescopio James Webb, por ejemplo, tiene una precisión de puntería de 24 nanorradianes.

Pero la nave espacial todavía tendrá que hacer ajustes menores de vez en cuando. Y esto solo será posible si sabe dónde está con gran precisión. Esto podría hacerse utilizando la cámara a bordo y los sensores de inercia para el seguimiento de estrellas, pero sigue siendo una tarea desafiante.

La nave espacial también tendrá que orientarse y rastrear objetos con precisión. Viajando a 0,1 de la velocidad de la luz, la nave espacial atravesará el sistema Proxima Centauri en unos seis días. En ese tiempo, deberá tomar tantas fotografías y otras observaciones como pueda.

Entonces, la nave espacial tendrá que rastrear sus objetivos y apuntar hacia ellos con alta precisión, de lo contrario, las imágenes serán inútiles. Y tendrá que hacerlo de manera autónoma, porque el tiempo de ocho años para las comunicaciones impone severas limitaciones a la ayuda que puede brindar el control terrestre.

Hein y compañía identifican varias formas de apuntar la nave espacial y cambiar su orientación. Crucialmente, varios de estos no requieren fuentes de energía internas. Una idea es cambiar la reflectancia de partes de la vela de luz para que el láser ejerza una fuerza desigual que haga que gire.

Otra idea, más hambrienta de energía, es mover una masa en una viga, lo que hace que la nave espacial gire. Pero el favorito del equipo es equipar la vela con flaps móviles que puedan generar torque y así girar la nave espacial.

Uno de los problemas de los viajes interestelares es el riesgo de chocar con una partícula de polvo. A una décima parte de la velocidad de la luz, tal colisión podría vaporizar la nave espacial. Entonces, Hein y compañía planean cubrir la sonda con un escudo Whipple de grafeno que consta de varias capas diseñadas para romper cualquier partícula a medida que pasan a través de las capas, y así difundir su energía.

El riesgo de destrucción plantea otra idea interesante: enviar un enjambre de naves espaciales. Eso aumenta la redundancia de la misión y la capacidad de recopilación de datos. También hace un mejor uso del rayo láser, que se dispersará, por lo que se perderá gran parte de la energía. Por estas razones, un enjambre de femto-naves tiene sentido.

Luego está el sistema de comunicación con la Tierra, que debe ser capaz de enviar a casa cualquier imagen que tome la nave espacial. Con una potencia de primera y a distancias de varios años luz, es probable que lleve mucho tiempo.

Pero podría mejorarse de varias maneras. Una idea es configurar un sistema de confianza de datos mediante el envío de femto-naves espaciales en diferentes momentos para interceptar las señales y transmitirlas. Otra es usar el campo gravitacional del sol como lente para enfocar las señales de Próxima Centauri. Eso significaría posicionar una nave espacial detrás de nuestro sol en línea directa con el objetivo, otra tarea difícil y costosa.

La alimentación a bordo es un poco más sencilla. Esto tendría que ser una batería nuclear de algún tipo. Esto genera calor a medida que se descompone su contenido radiactivo y es uno de los pocos componentes que se encuentran dentro de los límites de la ingeniería moderna.

Finalmente, está la pregunta difícil de cuánto costaría todo esto y cuándo podría enviarse una misión de este tipo. Hein y compañía se conforman con la notable cifra de $11 millones de los costos de desarrollo de la primera nave espacial. Eso parece ambicioso, incluso si es solo para la nave espacial.

Tampoco tiene en cuenta los costos mucho más significativos asociados con el desarrollo y lanzamiento de un sistema de propulsión láser de proporciones gigantescas. Un láser de 15 GW es una bestia significativa. Eso es aproximadamente un orden de magnitud más de potencia que la capacidad de la Presa de las Tres Gargantas en China, actualmente la central eléctrica más poderosa del mundo.

Si bien algunas de las tecnologías detrás de esta idea parecen factibles a corto y mediano plazo, hay varias que no lo son, en particular el sistema de propulsión láser. Tampoco los costos o el cronograma parecen totalmente anclados en el mundo real.

Sin embargo, Hein y compañía dicen que su informe asume una fecha de lanzamiento entre 2025 y 2035.

Quizás la deficiencia más significativa de esta misión es la recompensa científica. La promesa aquí son algunas imágenes de teléfonos inteligentes de Proxima Centauri o sus estrellas hermanas en el sistema Alpha Centauri.

Existe una alta probabilidad de que estas imágenes no sean de alta calidad y que no muestren nada en absoluto, y mucho menos Proxima Centauri b. Con toda probabilidad, podremos tomar mejores fotografías de este exoplaneta más rápidamente utilizando telescopios espaciales en nuestro propio sistema solar, como el Telescopio James Webb.

Pero eso es descartar el espíritu de aventura en esta misión. Y es por eso que sería imprudente descartarlo.

Una nueva carrera espacial se está calentando a medida que las empresas espaciales privadas luchan por el acceso a la órbita. Los objetivos que están más claramente a la vista son: enviar humanos a la órbita, enviarlos alrededor de la luna, asteroides cercanos y quizás sobre ellos. Más allá de eso, está Marte.

Pero para un negocio espacial aspirante que quiere hacerse un nombre, Próxima Centauri y sus estrellas hermanas podrían ser una propuesta desafiante. Hein y compañía seguramente están cruzando los dedos.

Ref: arxiv.org/abs/1708.03556 : El estudio de Andrómeda: una misión de una nave espacial Femto a Alpha Centauri

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