El gran reto de las velas lumínicas para viajes interestelares: que no se rasguen ni se fundan

El ambicioso proyecto internacional Breakthrough Starshot, puesto en marcha en 2016 por Yuri Milner y Stephen Hawking, y que está financiado por la fundación establecida por Yuri y Julia Milner, prevé el diseño de una nave espacial ultraligera, que poseerá una vela lumínica. Una vela de este tipo funciona de manera parecida a como lo hace una vela de barco, pero en vez de recibir la presión del viento recibe la de los fotones de la luz. Gracias a la vela, la sonda podrá viajar con una velocidad sin precedentes para recorrer en unos 20 años la distancia de 4,2 años-luz que hay entre la Tierra y el sistema de la estrella Próxima Centauri, la más cercana al Sol. Para poder ser tan veloz, es imprescindible que la nave tenga una masa tan pequeña como sea posible, inferior a un kilogramo.

Gran parte de las investigaciones anteriores en este campo se han basado en la creencia de que el Sol proporcionaría pasivamente toda la energía que las velas necesitarían para poner en movimiento a la nave. Sin embargo, la gran velocidad que deberá alcanzar la nave de Breakthrough Starshot para tardar solo 20 años en realizar su viaje interestelar requiere recurrir una fuente de energía mucho más concentrada. Una vez que la nave esté en órbita y su vela se haya desplegado, un extenso conjunto de láseres terrestres dirigirá sus rayos hacia ella, proporcionando un haz con una intensidad de luz millones de veces mayor que la del Sol.

Dado que el blanco de los láseres será una estructura que medirá tan solo unos tres metros de extremo a extremo y que será mil veces más fina que una hoja de papel, el diseño de esta vela debe evitar el claro peligro de que se rasgue o se funda.

De este reto se ocupan Igor Bargatin, de la Universidad de Pensilvania en Estados Unidos, y sus colegas.

En dos estudios recientes, estos científicos han esbozado las características fundamentales que deberá tener la vela.

Esta vela, que está previsto fabricar a base de láminas ultrafinas de óxido de aluminio y disulfuro de molibdeno, deberá tener una forma más parecida a la de un paracaídas que a la de una vela de barco, a diferencia de lo que se ha venido dando por hecho.

Recreación artística de la nave interestelar del proyecto Breakthrough Starshot, equipada con su vela lumínica, durante su aceleración inicial efectuada con un haz láser proyectado desde la superficie de la Tierra. (Imagen: Masumi Shibata / Breakthrough Initiatives)

Los cálculos hechos por Bargatin y sus colegas indican que una estructura curva, que mida de lado a lado aproximadamente lo mismo que su profundidad, será más capaz de soportar el proceso de aceleración por láser que una estructura plana.

Otra característica clave que deberá tener la vela será un patrón estructural trabajado a escala nanométrica para que la vela pueda disipar lo bastante eficazmente el calor asociado a un haz láser de no menos de un millón de veces la potencia de la luz del Sol. Sin la suficiente disipación de calor, la vela alcanzaría fácilmente una temperatura tan elevada como para deshacerla.

Los investigadores han publicado en la revista académica Nano Letters los detalles técnicos del nuevo conjunto de características para la vela de la nave. Uno de los dos estudios se titula “Relativistic Light Sails Need to Billow”. El otro se titula “Multiscale Photonic Emissivity Engineering for Relativistic Lightsail Thermal Regulation”. (Fuente: NCYT de Amazings)