Los viajes entre planetas podrían hacerse sin combustible: esta es la 'herramienta mágica' que han diseñado
Proyectos como 'Breakthrough Starshot' o IKAROS de la NASA se basan en la idea de apuntar un láser a una vela para empujarla hacia adelante
Un grupo de investigadores de la Universidad de Tuskegee (Alabama) ha desarrollado una nueva vela ligera de cristal fotónico (un tipo de material nanoestructurado), con la que sería posible resolver los problemas de las velas solares de polímero recubiertas de metal más convencionales. Estas tienden a absorber la luz y degradarse al calentarse; algo que no pasaría con las nuevas de cristal fotónico.
La solución llega en un momento muy interesante. El programa Artemis de la NASA busca llevar al ser humano de nuevo a la Luna, después de más de 50 años sin pisar el satélite, y establecer una base lunar con presencia sostenible para avanzar en las investigaciones espaciales. Esta base serviría también como punto de partida para futuras misiones. Uno de los objetivos de empresas como SpaceX es «conquistar» Marte, pero la tecnología actual todavía no lo permite, por lo que Elon Musk anunció que va a centrarse en la construcción de una ciudad autocreciente en la Luna.
Las nuevas velas ligeras podrían ayudar a alcanzar el Planeta Rojo. La mayoría de las naves espaciales actuales dependen de cohetes químicos para su propulsión, los cuales requieren combustible, material pesado que limita el alcance efectivo (y tamaño) de las naves espaciales. Las velas ligeras, en cambio, están diseñadas para propulsar una nave espacial mediante presión de radiación, reflejando la luz desde su superficie, creando una pequeña fuerza que impulsa la nave hacia adelante.
Solo una pieza de 1 m² del material podía alcanzar una reflectividad de alrededor del 90 %
La idea de apuntar un láser potente a una vela reflectante para que los fotones reboten y la empujen hacia adelante es en la que se basan proyectos como 'Breakthrough Starshot' o IKAROS de la NASA, ambos diseñados para acelerar pequeñas naves espaciales a una fracción de la velocidad de la luz utilizando la energía de los fotones.
Sin embargo, estos diseños suelen consistir en finas películas de plástico con un revestimiento metálico (parecido al aluminio, por lo general), que, si bien son eficaces, tienden a absorber parte de la luz que incide sobre ellos, convirtiéndola en calor. Si el láser dirigido es muy potente, podría provocar que la vela se derrita con el tiempo.
La solución podría ser añadir más material reflectante a las velas, pero esto trae consigo un inconveniente: añade más peso (y coste para botar la embarcación). Los investigadores de Tuskegee se propusieron descubrir si reemplazar el recubrimiento metálico con un material diferente podría ser útil, y se les ocurrió la idea de usar cristales fotónicos que pueden controlar cómo se mueve la luz a través de ellos al ser impactados.
Los cristales fotónicos contienen diminutos patrones repetitivos, más pequeños que la longitud de onda de la luz. Están compuestos por tres componentes principales: pilares de germanio, orificios de aire con un bajo índice de refracción y una matriz de polímero. Esta estructura a nanoescala tiene un ancho de entre 100 y 400 nm, o aproximadamente 1/1000 del grosor de un cabello humano. La estructura polimérica crea lo que se denomina una brecha de banda fotónica.
Durante las pruebas, el equipo descubrió que una pieza de 1 m² del material podía alcanzar una reflectividad de alrededor del 90 % a una longitud de onda de 1,2 µm con un láser de 100 kW. Según los investigadores, es suficiente para sistemas de propulsión experimentales. El invento debería generar un empuje continuo, resultando en una velocidad potencial de cientos de metros por segundo en aproximadamente una hora. Si bien no es velocidad interestelar, por algo se empieza.