¿Láser de baja potencia para maniobrar satélites e impulsar micronaves interplanetarias?

Históricamente, los viajes a otros planetas han sido muy largos, llegando a más de una década en el caso de los más lejanos. Viajar a Próxima Centauri b, el planeta potencialmente habitable más cercano a la Tierra, requeriría miles de años incluso con los cohetes más grandes.

Ahora, Ho-Ting Tung y Artur R. Davoyan, ambos de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), Estados Unidos, han calculado que láseres de baja potencia emplazados en la superficie de la Tierra podrían impulsar y maniobrar pequeñas sondas interplanetarias equipadas con velas de nitruro de boro o nitruro de silicio, impulsándolas a velocidades mucho más rápidas que las alcanzables mediante cohetes convencionales.

En vez de atrapar el viento, como las velas de los barcos, las "velas láser" atraparían los rayos láser y podrían, en principio, impulsar las naves espaciales hasta casi la velocidad de la luz. En el campo teórico, se trabaja desde hace tiempo en este concepto. Últimamente el concepto está recibiendo mucha más atención y todo apunta que se pasará de la teoría a la práctica en un futuro más bien cercano. Por ejemplo, un proyecto financiado con fondos privados, denominado Breakthrough Starshot, pretende enviar una minúscula sonda espacial con vela láser y tan solo alrededor de un gramo de peso a Próxima Centauri b. El vuelo solo duraría 20 años. Sería propulsada por un conjunto de láseres de 100 gigavatios y un kilómetro de superficie. Un gigavatio son mil millones de vatios. La nave alcanzaría hasta un 20 por ciento de la velocidad de la luz.

Tung y Davoyan se preguntaron si conjuntos de láseres más pequeños y de menor potencia podrían utilizarse en aplicaciones en las que ahora se emplean cohetes químicos o iónicos. La meta sería conseguir algún día usar láseres para ajustar la órbita de los satélites tras su lanzamiento a la órbita terrestre o para propulsar diminutas sondas espaciales con vela en misiones interplanetarias, sin necesidad de tener que llevar a bordo grandes cantidades de combustible.

Los investigadores realizaron cálculos y la conclusión es que incluso láseres con potencias modestas, del orden de los 100 kilovatios y tamaños de aproximadamente un metro podrían impulsar una sonda interplanetaria de 1 gramo de peso hasta velocidades muy superiores a las actuales, con solo minutos u horas de iluminación láser.

Los cálculos también indican que los láseres podrían maniobrar pequeños satélites en órbita a la Tierra para hacerles cambiar de órbita mucho más rápido que lo que hoy es posible con los actuales cohetes químicos e iónicos.

En esta ilustración, un láser de baja potencia (cono rojo) en la Tierra podría utilizarse para desplazar la órbita (líneas rosadas) de una pequeña sonda (círculo gris), o propulsarla a gran velocidad hasta Neptuno y más allá. (Imagen: adaptada de Nano Letters 2022, DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04188)

El equipo ha determinado que los mejores materiales para las velas láser, los cuales permitían una alta reflectividad y un rápido enfriamiento, son el nitruro de silicio y el nitruro de boro estructurados a nanoescala.

Por último, los investigadores han calculado que estas diminutas sondas propulsadas por láser podrían viajar lo suficientemente rápido como para escapar del sistema solar, alcanzando velocidades 5 veces superiores a las de la sonda espacial New Horizons, la cual llegará al espacio interestelar en la década de 2040.

El estudio se titula “Low-Power Laser Sailing for Fast-Transit Space Flight“. Y se ha publicado en la revista académica Nano Letters. (Fuente: NCYT de Amazings)