Inside Starshot, el audaz plan para disparar diminutas naves a Alpha Centauri

Fotografía de Philip Lubin caminando por la playa michelle groskopf

Las conferencias sobre naves estelares atraen a una multitud esperanzada: investigadores, inventores y aficionados entusiasmados con la idea de construir naves espaciales que puedan volar entre sistemas estelares. La emoción en estas reuniones puede hacer que se sienta como si todo fuera posible, pero también como si nada lo fuera. Muchos de los esquemas presentados son demasiado vagos y casi siempre tienen demasiadas brechas tecnológicas que llenar.

En 2015, Philip Lubin, un cosmólogo de la Universidad de California, Santa Bárbara, subió al escenario en el Simposio 100-Year Starship en Santa Clara. Describió su plan para construir un láser tan poderoso que pudiera acelerar pequeñas naves espaciales al 20% de la velocidad de la luz, llevándolas a Alpha Centauri en solo 20 años. Podríamos convertirnos en exploradores interestelares en una sola generación. Fue todo un gancho.

Esta historia fue parte de nuestra edición de julio de 2019

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Debido a que Lubin es un excelente orador público, y debido a que las tecnologías subyacentes ya existían, y debido a que la ciencia era sólida, fue acosado después de la charla. También conoció a Pete Worden, ex director de investigación del Centro de Investigación Ames de la NASA, por primera vez. Worden había asumido recientemente el cargo de director de Breakthrough Initiatives, un programa sin fines de lucro financiado por el multimillonario tecnológico ruso Yuri Milner. Seis meses después, el proyecto de Lubin contaba con $100 millones en financiamiento de Breakthrough y el respaldo de Stephen Hawking, quien lo llamó el próximo gran salto al cosmos.

Starshot es sencillo, al menos en teoría. Primero, construya una enorme variedad de láseres moderadamente potentes. Póngalos juntos, lo que se llama bloqueo de fase, para crear un solo haz con hasta 100 gigavatios de potencia. Dirija el haz hacia velas de luz altamente reflectantes unidas a naves espaciales que pesen menos de un gramo y que ya estén en órbita. Encienda el haz durante unos minutos y la presión de los fotones impulsará la nave espacial a velocidades relativistas.

En el laboratorio de UC Santa Barbara de Lubin, el grupo de cosmología experimental estudia el universo primitivo. La combinación de la investigación de Lubin en energía dirigida con otras pasiones como la propulsión ha ayudado a Starshot a desarrollarse. Ms Tech / fotos originales: Michelle Groskopf

Esta tecnología no solo podría usarse para enviar sensores a otro sistema estelar; podría enviar naves más grandes a los planetas y lunas vecinos de la Tierra. Imagine un paquete a Marte en unos pocos días, o una misión tripulada a Marte en un mes. Starshot reduce efectivamente el sistema solar y, en última instancia, la galaxia.

Es fantástico. Y también un sueño. O un argumento de venta. O un proyecto lejano a largo plazo que no puede sostenerse lo suficiente para que se construyan las tecnologías inexistentes que requiere.

Lubin es un joven de 66 años. Camina rápido, y su cabello espeso y su barba espesa son oscuros. Cuando fui a encontrarlo en Santa Bárbara este abril, me dijo que había sido un niño serio, perturbado por las realidades del mundo. Buscó consuelo en las matemáticas y las ciencias porque las encontraba hermosas. Me encantaba la escuela, explica. Solía ​​estudiar todo el tiempo. Era como un retiro para mí: andar en bicicleta a la biblioteca y devorar libros.

Aun así, no esperaba seguir un camino académico, no parecía posible. Su familia valoraba la educación, pero su padre lituano, que trabajaba como cartero, ni siquiera se graduó de la escuela secundaria. Su madre nacida en Rusia era secretaria. Crecí con la interiorización de que la universidad era para otras personas, dice. Sin embargo, después del estímulo de un consejero escolar en Los Ángeles, asistió a un colegio comunitario; los maestros allí lo presionaron para que se transfiriera a UC Berkeley. Y allí, sus profesores lo empujaron a aplicar a la escuela de posgrado. Finalmente aterrizó en Harvard. Cuando miro hacia atrás, dice, yo era un cabeza hueca total.

Hoy Lubin es cosmólogo. Durante gran parte de su carrera, construyó equipos para medir la radiación de fondo del universo, pero sus intereses científicos y técnicos son variados. Fue en una conferencia de tecnologías de defensa, hablando sobre el uso de láseres para defender la Tierra contra los asteroides y cometas que se aproximan, cuando se le ocurrió por primera vez la idea de Starshot.

michelle groskopf

También me habla de otra obsesión: la propulsión. La mayoría de los cohetes de hoy funcionan con combustible líquido, al igual que cuando Alemania inventó el V2 durante la Segunda Guerra Mundial. Los últimos 75 años en computación, en comparación, han producido un aumento de un billón de veces en la velocidad. ¿No sería genial si la propulsión pudiera avanzar así? dice Lubín. El SLS, el cohete súper pesado de la NASA, que ya ha costado $12 mil millones y aún no está listo, podría costar menos de un centavo.

Los laboratorios de Lubin en UC Santa Barbara cuentan con un almacén desordenado que se siente típico de las configuraciones de física experimental: carretes gigantes de fibra óptica, bastidores de osciloscopios, cajas de herramientas, placas de circuitos. Un gabinete para solventes, otro para snacks.

Mientras recorremos los laboratorios, reconoce rápidamente que Starshot aún enfrenta muchos desafíos. No existe, por ejemplo, un láser aún lo suficientemente potente como para realizar este tipo de voladuras. No hay velas ligeras que puedan tomar tal rayo sin ser borradas. No hay naves espaciales de menos de un gramo de tamaño para hacer el viaje, y quedan preguntas sobre el suministro de láser y la ubicación del láser. Y luego están las implicaciones éticas y geopolíticas de construir una fuente de energía dirigida tan poderosa. Después de todo, también podría ser un arma.

En la pizarra, el investigador postdoctoral Peter Krogan comienza a mostrarme las soluciones a estos problemas. Primero: construyendo la matriz láser.

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El desafío aquí es descubrir cómo fijar la frecuencia de miles de millones de láseres, cada uno de 10 centímetros de diámetro, y estabilizarlos para que puedan combinarse en un solo haz grande. El bloqueo de más rayos juntos permite escalar la fuerza del láser a los niveles propuestos. El plan de trabajo actual del equipo es para una matriz ubicada en tierra, que mantiene los costos más bajos que si se colocara en órbita, pero agrega otras complicaciones, como superar la interferencia atmosférica. Esto requiere una baliza adjunta a la nave espacial que envía una señal a través de la atmósfera, permitiendo que los láseres terrestres se fijen en su objetivo. Para acoplar la matriz, Krogan está trabajando en el bloqueo de fase anidado, donde una matriz más pequeña se sincroniza antes de sembrar la siguiente capa de la matriz, y así sucesivamente. Si esto puede funcionar para dos capas de láseres, su objetivo de investigación inmediato, entonces podría ser posible hacerlo para las cinco capas que, según las simulaciones, son mejores para un haz de 100 gigavatios.

El segundo gran desafío es la vela solar. Si bien el concepto ha existido durante décadas, no se implementó con éxito hasta 2010, cuando la nave espacial Ikaros de Japón probó una vela de 14 metros cuadrados (46 pies) durante su misión alrededor del sol. Pero una vela que puede soportar la suave presión de los fotones solares es drásticamente diferente de una que puede soportar el láser más potente jamás construido: la diferencia entre dejar que una niebla de abril golpee tu cara y ser golpeado por una manguera contra incendios.

Para lograr esto, la vela Starshot debe ser extremadamente robusta, aunque también debe ser extremadamente liviana. La clave, explica Krogan, es dejar que parte de ese poder se filtre: el material de la vela debe ser transparente y reflectante al mismo tiempo. El vidrio es uno de los candidatos más prometedores, aunque sería necesario ajustar sus propiedades para lograr la combinación perfecta de reflectividad y transparencia. Aún queda por inventar el material ideal, pero hay algunos avances prometedores, dice Krogan.

Prashant Srinivasan se encuentra entre los que trabajan en una nave espacial a escala de oblea propulsada por láser que el grupo espera que pueda llegar a Alpha Centauri en una generación. michelle groskopf

El tercer gran desafío es construir la diminuta nave espacial. Los objetos más pequeños que orbitan la Tierra en este momento son cubesats, que miden 10 centímetros de lado y pesan alrededor de un kilogramo. El equipo de Lubin quiere reducir toda la nave al tamaño de un microchip, lo que ellos llaman escala de oblea. Han miniaturizado prototipos del tamaño de una caja de cerillas e incluso de una moneda de veinticinco centavos. Pero sus mejores modelos de trabajo actualmente pesan alrededor de 100 gramos, todavía 100 veces más pesados ​​para la misión Alpha Centauri. Los obstáculos incluyen la integración de la electrónica y la fotónica, haciéndolo capaz de resistir la radiación en el espacio profundo, reduciendo el suministro de energía, desarrollando un propulsor a bordo ultrapequeño... y la lista continúa.

Pero si bien los desafíos técnicos son reales, la principal diferencia entre Starshot y muchos otros proyectos interestelares es que no requiere nueva física ni tecnologías fundamentalmente nuevas. Cuando Lubin estaba desarrollando la idea, envió los detalles a sus colegas para recibir comentarios. Eran personas que lo harían pedazos, dice. Las personas que no toman prisioneros y no tienen piedad y se sienten completamente cómodas diciendo: '¡Idiota!'... Dije: 'Por favor, destruye esto, porque estoy cansado de trabajar en eso'. Al final, todos con los que hablé dijeron , 'Bueno, debería funcionar'.

Cuando los expertos técnicos de Breakthrough examinaron el concepto, el esquema era sólido. Worden estaba emocionado. Todos estábamos convencidos de que esta era la primera tecnología interestelar realmente plausible que podríamos hacer en nuestra vida y que sería asequible, dice.

E incluso si no se resuelven todos los problemas, vale la pena resolver algunos de ellos, dice. Por ejemplo, desarrollar una nave espacial totalmente capaz que pese menos de un gramo sería una gran revolución. Los cubesats fueron descartados por muchos hasta hace solo unos años; ahora hay constelaciones de ellos. Chipsats, dice, madurarán pronto y revolucionarán la ciencia y las comunicaciones. Los conjuntos de láser eficientes y de bajo costo podrían ser útiles para trabajos como empujar la basura espacial fuera del camino. Y los avances en las velas ligeras permitirían que las naves espaciales a microescala dentro de nuestro propio sistema solar lleguen a otros planetas en meses, no en años. Eso va a cambiar nuestra comprensión de los objetos en nuestro sistema solar y la búsqueda de vida, dice Worden. Y comercialmente, será muy valioso cuando busque recursos espaciales.

Sin embargo, hay un problema que la tecnología no puede resolver: la geopolítica. Los láseres ayudarían a impulsar las velas solares, dice Joan Johnson-Freese, profesora de asuntos de seguridad nacional en la Escuela de Guerra Naval de EE. UU., quien también forma parte de la junta de Breakthrough. Pero cuando empiezas a hablar de disparar láseres, la gente se pone muy nerviosa.

Ella sugiere que los acuerdos internacionales probablemente garantizarían el uso más amplio y beneficioso de un láser tan poderoso. Y el potencial militar del espacio no es nuevo: hoy en día, todo lo que China hace en el espacio se considera de doble uso. Lo mismo es cierto para los EE.UU., dice ella. China podría interpretar cualquier cosa que hagamos como una amenaza.

Una forma de avanzar podría ser democratizar la exploración. Históricamente, EE. UU. y otras superpotencias han dominado el espacio, pero Starshot podría abrirlo para países que no tienen acceso. Una nación que lanzara una flota de chipsats podría acceder a comunicaciones, exploración y reconocimiento comercial que antes eran inasequibles. Es un proyecto raro que tiene implicaciones tecnológicas, científicas, comerciales y geopolíticas tan grandes.

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Requiere un pensamiento cuidadoso, y también transparencia, y posiblemente colaboración internacional y conversaciones a largo plazo, dice Lubin. Afortunadamente, tenemos algo de tiempo, porque no nos desplegaremos pronto.

Entonces, ¿cuándo se realizará Starshot? Uno de los objetivos es llevar sondas a Alpha Centauri para 2061, el centenario del vuelo orbital pionero de Yuri Gagarin. Eso está muy lejos, casi seguro más allá de la vida de Lubin. Él dice que el proyecto tendrá una oportunidad solo si la gente se da cuenta de que se basa en hitos, un viaje por carretera con muchos puntos en el camino.

Pero ese largo horizonte significa que va a necesitar dinero. Las contribuciones de la NASA expiraron este año. Otro efectivo proviene de un filántropo anónimo. Y hasta ahora, la financiación de Breakthrough aún no ha llegado.

Somos una organización nueva y todavía estamos en la fase inicial, dice Worden, prometiendo que el efectivo llegará una vez que se hayan completado las negociaciones entre las universidades, los contratistas y los reguladores.

Es un rompecabezas, pero a Lubin no le asusta un poco la complejidad. Eso es exactamente de lo que se trata todo este esfuerzo. Esta no es solo una tecnología de un solo uso, dice. No son solo obleas para las estrellas. Son cubesats a Europa, o humanos a Marte rápidamente, o la capacidad de mantener una nave espacial en órbita más tiempo a bajas altitudes, o proteger el planeta de amenazas externas como asteroides. Si no comprende toda la amplitud de esta tecnología, entonces se está perdiendo la belleza de la transformación que hace posible.

Kate Greene es ensayista, poeta y ex física láser.

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