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La humanidad podría rozar el exoplaneta más cercano a la Tierra con una nave espacial diminuta

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Próxima Centauri b podría albergar vida, y sólo está a unos cuatro años luz de aquí. Una investigación propone una nave de 23 gramos de peso similar a un teléfono inteligente que, en teoría, podría estar lista para tomar fotos del exoplaneta en menos de 30 años

  • por Emerging Technology From The Arxiv | traducido por Patricia R. Guevara
  • 06 Septiembre, 2017

El año pasado, un pequeño equipo de astrónomos anunció el descubrimiento de un planeta similar a la Tierra que orbitaba la estrella enana roja Próxima Centauri, uno de nuestros vecinos más cercanos del sistema Alfa Centauri. Este exoplaneta, Próxima Centauri b, está situado en la zona habitable de su estrella anfitriona. Allí, el agua existente debería presentarse en forma líquida, por lo que este planeta es un candidato importante en la búsqueda de vida extraterrestre.

Por eso, Próxima Centauri b genera un gran interés. Se encuentra a unos 40 billones de kilómetros de la Tierra, una distancia que la luz tarda algo más de cuatro años en recorrer. Una nave espacial que viaje a una décima parte de la velocidad de la luz podría hacer el recorrido en unos 50 años.

Y esto plantea una pregunta interesante: ¿es posible construir una nave espacial que pueda ser enviada a Próxima Centauri dentro del ciclo de vida de las personas que viven actualmente?

Eso es lo que intenta responder el trabajo del investigador del Instituto de Estudios Interestelares en Londres (Reino Unido) Andreas Hein y sus compañeros. El equipo ha redactado los planos para construir una nave espacial de un gramo de masa que sería capaz de hacer ese viaje, equipada con un juego de instrumentos para realizar observaciones rudimentarias del sistema estelar y mandar los resultados de vuelta a la Tierra. El nombre con el que han bautizado a esta nave es Sonda Espacial Andrómeda, y afirman que podría estar de camino a Próxima Centauri y a sus estrellas hermanas en tan sólo unos años.

Pero no es una tarea fácil, y aunque algunas de las tecnologías necesarias ya están disponibles ahora o lo estarán dentro de poco, hay que advertir que otras son mucho más especulativas.

El diseño básico es sencillo. La Sonda Espacial Andrómeda consiste esencialmente en el interior mejorado de la cámara de un teléfono inteligente. Se compone de una cámara en blanco y negro de 12 megapíxeles, una lente, algunos sensores inerciales y un magnetómetro. También tiene una batería nuclear, un mecanismo de dirección rudimentario y un sistema de comunicación. "La masa total de la nave espacial propuesta es de 23 gramos", explica Hein.

La idea es que la nave sea impulsada por luz láser. El concepto, que ya se ha explorado antes, consiste en equipar la Sonda Espacial Andrómeda con una vela solar y acelerarla hacia Próxima Centauri colocándola en la extremidad de un enorme rayo láser muy potente. Este láser se situará en órbita terrestre con una potencia continua de 15 gigavatios.

Hein y sus colaboradores hacen un resumen exhaustivo de los retos tecnológicos involucrados en la construcción de una nave espacial como ésta (además de la del sistema láser).

Uno de los desafíos más críticos es la navegación espacial profunda. Gran parte de la precisión de navegación de la sonda dependerá de la puntería del láser. Según el equipo, esto será posible gracias a la exactitud de nanorradios, y señalan que varias naves espaciales actuales tienen requisitos similares. El James Webb Telescope, por ejemplo, tiene una precisión de 24 nanorradios.

Pero la nave espacial tendrá que hacer pequeños ajustes de vez en cuando. Y esto sólo será posible si se sabe dónde está exactamente. Esto podría hacerse con la cámara de a bordo y los sensores inerciales para el seguimiento de estrellas, pero sigue siendo una tarea difícil.

La nave también tendrá que orientarse y rastrear objetos con precisión. Viajando a una décima parte de la velocidad de la luz, la aeronave pasará a través del sistema Próxima Centauri durante aproximadamente seis días. En ese tiempo, tendrá que tomar tantas fotografías y observaciones como pueda.

Así que la máquina tendrá que rastrear sus objetivos y apuntar a ellos con gran precisión; de lo contrario, las imágenes no servirán. Y tendrá que hacerlo de manera autónoma, porque los ocho años de duración de las comunicaciones imponen severas restricciones sobre qué ayuda se le puede dar a la nave desde tierra.

Hein y sus compañeros han identificado diferentes formas de apuntar a la nave espacial para cambiar su orientación. Además, como aspecto crucial, varias de ellas no requieren fuentes de energía internas. Una de las propuestas consiste en cambiar la reflectancia de algunas partes de la vela solar para que el láser ejerza una fuerza desigual y haga virar la nave.

Otra idea mejor consiste en enviar una masa sobre un rayo, haciendo que la nave espacial gire. Pero el enfoque favorito del equipo es el de equipar la vela con aletas móviles capaces de generar fuerza y así hacer que la máquina cambie la orientación.

Uno de los problemas con el viaje interestelar es el riesgo de chocar con una partícula de polvo. A dicha velocidad, una colisión de ese tipo podría vaporizar la nave espacial. Así que Hein y sus compañeros planean cubrir la sonda espacial con un escudo Whipple de grafeno de varias capas diseñadas para destruir cualquier partícula a medida que pase a través de las capas, propagando de esta manera su energía.

El riesgo de su posible destrucción plantea otra idea interesante: enviar un enjambre de naves espaciales. Esto aumenta el éxito de la misión y la capacidad de recolección de datos. También hace un mejor uso del rayo láser, que al activarse se extenderá y por tanto perderá mucha energía. Por estas razones, un enjambre de femtonaves espaciales tiene sentido.

Luego está el sistema de comunicación con la Tierra, que debe ser capaz de enviar al planeta cualquier imagen tomada por la nave espacial. Con la potencia a la máxima calidad y a distancias de varios años luz, es probable que esto requiera bastante tiempo.

Pero el problema podría mejorarse de varias maneras. Una idea es establecer un sistema de datos basados ​​en el envío de femtonaves en diferentes momentos para interceptar las señales y transmitirlas. Otra es usar el campo gravitacional del Sol como una lente para enfocar las señales de Próxima Centauri. Eso requeriría tener que colocar una nave espacial detrás del Sol en línea directa con el objetivo, otra tarea muy difícil y costosa.

Poner una batería a bordo es algo más sencillo. Tendría que ser algún tipo de batería nuclear, ya que éstas generan calor a medida que su contenido radiactivo se desintegra y son uno de los pocos componentes que están dentro de los límites de la ingeniería moderna.

Finalmente, hay que tener en cuenta la confusa y complicada cuestión del precio: ¿cuánto costaría todo esto y cuándo se podría enviar una misión de este tipo? Hein y compañía marcan la notable cifra de 9,25 millones de euros para costear el desarrollo de la primera nave espacial. Parece ambicioso, incluso aunque sea para la aeronave.

El planteamiento tampoco logra explicar los costes, mucho más altos, asociados con el desarrollo y lanzamiento de un sistema de propulsión láser de proporciones gigantescas. Un láser de 15 gigavatios es una máquina bastante descomunal. Implica una magnitud de un orden superior a la capacidad de la presa de las Tres Gargantas en China, actualmente la estación de energía más poderosa del mundo.

Si bien algunas de las tecnologías detrás de esta idea parecen viables a corto o mediano plazo, hay varias que no lo son; en particular, el sistema de propulsión láser. Tampoco los costes ni el calendario parecen pertenecer al mundo real. Sin embargo, Hein y compañía dicen que su informe predice una fecha de lanzamiento situada en alguna fecha entre 2025 y 2035.

Quizás la mayor limitación de esta misión sea la recompensa científica: promete obtener algunas imágenes de Próxima Centauri y sus estrellas hermanas en el sistema Alfa Centauri, pero estarán realizadas por teléfonos inteligentes. Así que hay muchas probabilidades de que estas imágenes no sean de buena calidad y de que no muestren nada en absoluto, sobre todo de Próxima Centauri b. Con toda probabilidad, seguramente seremos capaces de tomar mejores imágenes de este exoplaneta con telescopios espaciales situados nuestro propio sistema solar, como el Telescopio James Webb.

Pero pensar eso sería rebajar el espíritu aventurero de esta misión. Y ése es el motivo por el que no sería prudente descartarla.

Una nueva carrera espacial está emergiendo a medida que las empresas del espacio privado luchan por acceder a la órbita. En su punto de mira se sitúan claramente varios objetivos: el envío de seres humanos en órbita, alrededor de la Luna, cerca de asteroides, y tal vez sobre ellos. Después de eso, viene Marte.

Pero para una empresa espacial que aspira a hacerse un nombre, Próxima Centauri y sus estrellas hermanas podrían ser una propuesta desafiante. Hein y sus colaboradores seguro que están cruzando los dedos.

Ref: arxiv.org/abs/1708.03556The Andromeda Study: A Femto-Spacecraft Mission to Alpha Centauri.

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