Hoy en día, muchas agencias espaciales están analizando ideas de propulsión de vanguardia que permitirían una transferencia rápida a otros cuerpos del sistema solar. Estos incluyen la NASA Propulsión eléctrica termonuclear o nuclear (NTP/NEP) que podría ofrecer tiempos de tránsito a Marte en 100 días (o hasta 45) y un Nave espacial china de propulsión nuclear Puede explorar Neptuno y su luna más grande, Tritón. Si bien estas y otras ideas pueden permitir la exploración interplanetaria, ir más allá del sistema solar presenta algunos desafíos importantes.
Como descubrimos en un artículo anterior, se necesitaría una nave espacial con propulsión convencional en cualquier lugar desde Hace 19.000 a 81.000 años Para llegar incluso a la estrella más cercana, Próxima Centauri (4,25 años luz de la Tierra). Con este fin, los ingenieros han estado analizando propuestas para naves espaciales no tripuladas que dependen de haces de energía dirigida (láseres) para acelerar velas ligeras a una fracción de la velocidad de la luz. Una nueva idea propuesta por investigadores de la UCLA representa una evolución de la idea de la vela de vara: haz de pellets Un concepto que podría acelerar una nave espacial de una tonelada hasta el borde del sistema solar en menos de 20 años.
El concepto se titulaDirige un haz de perdigones para detectar la penetración espacial.«de artur davoyan, Profesor Asistente de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA). La propuesta fue una de las catorce que eligió Conceptos innovadores avanzados de la NASA (NIAC) como parte de sus selecciones de 2023, que otorgaron un total de $ 175,000 en subvenciones para desarrollar aún más las tecnologías. La propuesta de Davoyan se basa en trabajos recientes con propulsión de energía vectorial (DEP) y tecnología de velas ligeras para lograr lente gravitacional solar.
Como dijo el profesor Davoyan a Universe Today por correo electrónico, el problema con las naves espaciales es que todavía están en deuda con Ecuación de cohetes:
«Todas las naves espaciales y los cohetes actuales vuelan expandiendo el combustible. Cuanto más rápido se deshaga del combustible, más eficiente será el cohete. Sin embargo, hay una cantidad limitada de combustible que podemos llevar a bordo. Como resultado, la velocidad a que una nave espacial puede acelerar es limitado». Limitado. Este límite básico está dictado por la Ecuación de cohetes. Las limitaciones de la Ecuación de cohetes se traducen en una exploración espacial lenta y relativamente costosa. Las misiones como las lentes gravitacionales solares no son factibles con las naves espaciales actuales».
La Lente Gravitacional Solar (SGL) es una propuesta revolucionaria que sería el telescopio más poderoso jamás construido. Ejemplos incluyen lente gravitacional solar, que fue seleccionado en 2020 para el desarrollo NIAC Fase III. El concepto se basa en un fenómeno predicho. La teoría de la relatividad general de Einstein conocido como lente gravitacional, en el que objetos masivos alteran la curvatura del espacio-tiempo, amplificando la luz de los objetos en el fondo. Esta tecnología permite a los astrónomos estudiar objetos distantes con mayor exactitud y precisión.
Al colocar una nave espacial en la región del sol (a unas 500 unidades astronómicas del sol), los astrónomos pueden estudiar exoplanetas y objetos distantes con una resolución de espejo primario de unos 100 km (62 mi) de diámetro. El desafío es desarrollar un sistema de propulsión que pueda llevar la nave espacial tan lejos en un tiempo razonable. Hasta ahora, ha sido la única nave espacial que ha llegado al espacio interestelar. Voyager 1 y 2 La sonda, que fue lanzada en 1977 y actualmente se encuentra a unas 159 y 132 UA del Sol (respectivamente).
Cuando abandonó el sistema solar, estaba viajero 1 La sonda viajaba a una velocidad récord de unos 17 km/s (38 028 mph), o 3,6 AU por año. Sin embargo, esta sonda aún tardó 35 años en alcanzar el límite entre el viento solar del Sol y el medio interestelar (heliósfera). A su velocidad actual, la Voyager 1 tardará más de 40.000 años en pasar por otro sistema estelar: AC+ 79 3888, una estrella misteriosa en la constelación de la Osa Menor. Por esta razón, los científicos están investigando la propulsión de energía dirigida para acelerar las velas ligeras, que podrían llegar a otro sistema estelar en cuestión de décadas.
Como explicó el profesor Davoyan, este método ofrece algunas ventajas distintas, pero también tiene sus desventajas:
«La navegación láser, a diferencia de las naves espaciales y los cohetes convencionales, no necesita combustible a bordo para acelerar. Aquí la aceleración proviene del láser que impulsa la nave espacial con presión de radiación. En principio, se pueden alcanzar velocidades cercanas a la velocidad de la luz de esta manera. Sin embargo , los rayos divergen Los láseres están a largas distancias, lo que significa que solo hay un rango limitado de distancia en el que se puede acelerar una nave espacial. Esta limitación de la navegación láser conduce a la necesidad de tener una potencia láser muy alta, gigavatios y, en algunos propuestas, teravatios, o impone una restricción a la masa del satélite artesanal».
Los ejemplos incluyen el concepto de rayo láser Proyecto LibélulaEstudio de factibilidad por Instituto de Estudios Interestelares (i4is) para una misión que podría llegar a un sistema estelar cercano dentro de un siglo. Luego está Breakthrough Starshot, que propone una matriz láser de 100 gigavatios (Gw) que aceleraría la fabricación de nanocompuestos (Starchip) en la escala de gramos. A una velocidad máxima de 161 millones de kilómetros (100 millones de millas) o el 20% de la velocidad de la luz, Starshot podrá alcanzar Alpha Centauri en unos 20 años. Inspirándose en estos conceptos, el profesor Davoyan y sus colegas propusieron un nuevo desarrollo de la idea: el concepto de viga de pellets.
Este concepto de misión podría ser una misión interestelar introductoria de viaje rápido, como Starshot y Dragonfly. Pero para sus propósitos, Davoyan y su equipo investigaron un sistema de haz de perdigones que impulsaría una carga útil de 900 kg (una tonelada estadounidense) a una distancia de 500 unidades astronómicas en menos de 20 años. Davoyan dijo:
«En nuestro caso, el rayo que impulsa la nave espacial está hecho de granos diminutos y, por lo tanto, [we call it] haz de pellets. Cada bolita se acelera a velocidades muy altas mediante ablación con láser, y luego la bolita lleva su propio impulso para propulsar la nave espacial. A diferencia de un rayo láser, los granos no divergen rápidamente, lo que nos permite acelerar naves espaciales más pesadas. Las esferas son mucho más pesadas que los fotones, tienen más impulso y pueden impartir una fuerza mayor a una nave espacial. «
Además, el pequeño tamaño y la baja masa de los granos significa que pueden ser propulsados por rayos láser de energía relativamente baja. En general, Davoyan y sus colegas estiman que una nave espacial de una tonelada puede acelerarse a velocidades de ~30 unidades astronómicas por año utilizando un rayo láser de 10 megavatios. Para el esfuerzo de la Fase 1, demostrarán la viabilidad del concepto de haz granular a través del modelado detallado de los diversos subsistemas y experimentos de prueba de concepto. También explorarán la utilidad del Beam System para misiones interestelares que podrían explorar estrellas vecinas en nuestras vidas.
“El paquete de pellets tiene como objetivo cambiar la forma en que se explora el espacio profundo al permitir misiones de tránsito rápido a destinos distantes”, dijo Davoyan. «Con el haz de gránulos, se pueden alcanzar exoplanetas en menos de un año, 100 AU en aproximadamente tres años y lentes gravitacionales solares a 500 AU en aproximadamente 15 años. Lo más importante es que, a diferencia de otros conceptos, el haz de gránulos puede empujar un gran nave espacial (alrededor de 1 tonelada), lo que aumenta considerablemente la gama de posibles misiones.
Si esto se logra, la nave espacial SGL permitirá que los astrónomos lo hagan Imagen directa de exoplanetas vecinos (p. ej., Proxima b) con resolución multipíxel y obtener espectros de sus atmósferas. Estas observaciones proporcionarán evidencia directa de la atmósfera, firmas biológicas y posiblemente incluso huellas dactilares técnicas. De esta forma, la misma tecnología que permite a los astrónomos obtener imágenes directas de los exoplanetas y estudiarlos con detalle exhaustivo también permitirá que las misiones interestelares los exploren directamente.
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