Entre el crecimiento exponencial de la industria espacial comercial (también conocida como NewSpace) y las misiones lunares planificadas durante esta década, generalmente se acepta que estamos viviendo en la “Era espacial 2.0”.Aún más ambiciosa es la propuesta de enviar una nave espacial tripulada a Marte en la próxima década, cuando veremos a los astronautas viajar por primera vez más allá del sistema Tierra-Luna.Los desafíos que representa han inspirado muchas ideas nuevas e innovadoras para naves espaciales, sistemas de soporte vital y propulsión.
En particular, los ingenieros y los planificadores de misiones están investigando la propulsión de energía direccional (DE) utilizando conjuntos de láser para acelerar a velocidades relativistas (partes de la velocidad de la luz).eninvestigación reciente, un equipo de UCLA describió cómo se podría usar una flota de pequeñas sondas con velas ligeras para explorar el sistema solar.Debido a que estas sondas se basan en una matriz de láser de baja potencia, son más rentables que conceptos similares, pero mucho más rápidos que los cohetes convencionales.
la investigación escaliente ting tung, estudiante de posgrado en ingeniería aeroespacial de UCLA, profesor asistenteArtur R. Davoyan, ambos son miembros del Grupo de Investigación Davoyan (DRG), fundado por el profesor Davoyan.Este grupo se dedica al estudio de la energía dirigida y la interacción luz-materia con el fin de desarrollar la “fotónica cósmica”.Un artículo que describe sus hallazgos fue publicado recientemente en una revista.carácter nano, una publicación supervisada por la American Chemical Society (ACS).
Durante décadas, los científicos han estado investigando las velas ligeras como un posible medio de exploración espacial.La nave espacial ofrece muchas ventajas sobre los conceptos convencionales, y lo más importante, no se requieren propulsores.En la mayoría de los diseños, los propulsores constituyen una gran parte de la masa de la nave espacial, lo que requiere grandes tanques de almacenamiento, lo que genera una masa adicional, etc.Cuando se trata de viajes espaciales interestelares, es una carga terrible.
Usando propulsión convencional, podría llevar miles de años alcanzar el sistema estelar más cercano, Próxima Centauri, a unos 4,25 años luz de distancia.Por esta razón, varias organizaciones están explorando el concepto de misiones de vela ligera como medio de viaje interestelar.Éstos incluyen:tiro estrella innovador,proyecto libélula, Yproyecto liraEsto implica el uso de grandes matrices de hasta 100 gigavatios (GW) de potencia para impulsar naves espaciales a velocidades relativistas y lograr viajes interestelares.
Pero, como dijo el profesor Davoyan a Universe Today en un correo electrónico, este enfoque también se aplica a la exploración del sistema solar.
“Acceder a otros sistemas estelares es muy difícil debido a las distancias astronómicas.Por ejemplo, el sistema más cercano está a unos 4 años luz de nosotros.Tardará miles de años en llegar con propulsión convencional.Se están considerando varios enfoques diferentes para acelerar los vuelos espaciales. Se trata principalmente de energía dirigida, como la propulsión de fusión y el uso de láser.
“Al mismo tiempo, es muy difícil llegar a la parte exterior del sistema solar, como el exoplaneta Cinturón de Kuiper, e incluso ingresar al medio interestelar.Lleva varios años de tiempo de vuelo y desarrollo de la misión.Discutimos una nueva forma de usar la propulsión láser de haz para enviar sondas a los planetas exteriores”.
Para su estudio, Ho-Ting y Davoyan consideraron diferentes perfiles de naves espaciales con diferentes tamaños y potencias de láser.Estos incluían matrices que iban desde 100 kW (kilovatios) hasta 1 megavatio (MW), que son de baja potencia en comparación con el concepto interestelar.Al igual que Starshot y Dragonfly, contaban con sondas de escala de gramos con rangos de masa de 10 a 100 g.A partir de esto, imaginaron una sonda de oblea de aproximadamente 45 cm (18 pulgadas) de diámetro con electrónica integrada en un lado y estructuras a nanoescala en el otro.
Más allá de las energías dirigidas, este concepto incorpora otra especialización de Davoyan Research Group.Este es un campo conocido como nanofotónica, la ciencia de cómo los materiales de varios nanómetros de tamaño interactúan con la luz en comunicaciones de banda ancha y aplicaciones que van desde la energía fotovoltaica hasta la propulsión de naves espaciales.Eventualmente, descubrieron que una matriz de 100kW y velas de nitruro de boro o silicio permitirían misiones interplanetarias rápidas y rentables.Davoyan dijo:
“Demostramos que nuestro enfoque puede ser significativamente más rápido que otros sistemas de propulsión convencionales, como la propulsión eléctrica y química.La Voyager 1 es la nave espacial interplanetaria más rápida jamás construida.Viajando a una velocidad de crucero de unos 17 km/s, tardó unos 45 años en alcanzar las 100 UA.Nuestro sistema puede ser 4 veces más rápido que eso.Algunos enfoques conceptuales que utilizan propulsión nuclear con soportes de gravedad múltiples pueden ser igualmente rápidos.
“Sin embargo, las sondas que estamos discutiendo son más ágiles porque son menos costosas y no están limitadas por el tiempo de desarrollo o el tiempo de comercialización.En general, el costo muy bajo y la capacidad de aprovechar la fabricación de alto volumen permiten nuevas formas de explorar el espacio que hacen que las misiones en el espacio profundo sean fácilmente accesibles para todos.Creemos que esto revolucionará la ciencia espacial”.
La capacidad de realizar misiones de despliegue rápido y de bajo costo ofrece muchas ventajas.tantoNuevos horizontesEsta misión tiene el récord del objeto más rápido lanzado desde la Tierra con una trayectoria de escape de aproximadamente 16,26 km/s (58 500 km/h, 36 400 mph).Sin embargo, la sonda tardó nueve años y medio en llegar a Plutón y capturar la imagen más detallada jamás tomada de su superficie.Lo mismo también es cierto.Voyager 1 y 2Fue lanzado desde la Tierra en 1977 y llegó al borde del sistema solar en 2004 y 2007 respectivamente.
El retorno científico de todas estas misiones no era cuantificable, pero una opción de bajo costo que pudiera llegar a su destino en un período de tiempo más corto proporcionaría este tipo de retornos de manera mucho más regular.No faltarán oportunidades en los próximos años, con misiones planificadas en Europa, Titán, Tritón y el cinturón de Kuiper.Además de hacer que estas misiones sean más rápidas y económicas, los rovers de vela ligera pueden hacer más por el mismo costo.Davoyan lo resumió de esta manera:
“Creemos que nuestro enfoque puede permitir nuevos métodos para misiones espaciales cuando lleva menos de un año recuperar datos científicos a partir de ideas.Esto es imposible hoy.Esperamos poder enviar muchos rovers a varios destinos, incluido Marte, para recopilar datos científicos para acelerar el descubrimiento.
“Hoy tenemos que elegir entre Encelado, Europa o Titán.Y cuesta miles de millones de dólares desarrollar una misión emblemática.Con una sonda espacial que se puede desarrollar en menos de un mes por menos de $1000, la exploración espacial puede cambiar drásticamente”.
En este momento, se está considerando una propuesta de vela ligera para una cita.‘Oh mu um, exploración del sistema solar y misiones interestelaresalfa centauroNo en cientos de años, sino en décadas.Se están considerando variantes de conceptos como la propulsión térmica de energía dirigida para enviar misiones tripuladas a Marte en semanas en lugar de meses.La ausencia de propulsores químicos pesados permite desarrollar estas misiones a bajo coste.
La creación de conjuntos de láser en todo el sistema solar con el tiempo podría construir una infraestructura de transporte en todo el sistema solar.¿quién sabe?Combinada con naves espaciales de próxima generación que dependen de diferentes tipos de propulsión nuclear, la visión podría hacer que los humanos sean “interplanetarios” en términos de habitabilidad pero interestelares en términos de exploración.
Otras lecturas:ACS,carácter nano