Buenas noticias para el prospecto de los viajes interestelares. Como parte de la Iniciativa Breakthrough Starshot, un equipo de investigadores ha estudiado nuevas formas, tamaños y materiales para elaborar una vela ligera de velocidades relativistas. Los datos fueron publicados en Nano Letters (aquí y aquí).

Los científicos, liderados por Igor Bargatin de la Universidad de Pensilvania, proponen utilizar potentes láseres y materiales nanoscópicamente delgados. Una vela de este tipo podría transportar una sonda del tamaño de un microchip a una quinta parte de la velocidad de la luz. 

Esto es lo suficientemente rápido como para hacer el viaje al sistema Alpha Centauri en aproximadamente 20 años. “Alcanzar otra estrella dentro de nuestras vidas requerirá una velocidad relativista, o algo cercano a la velocidad de la luz”, dijo el Dr. Bargatin. 

Nuevo diseño

Gran parte de la investigación anterior en el campo presumía que el Sol proporcionaría pasivamente toda la energía que las velas ligeras necesitarían para moverse. Sin embargo, el plan de la Iniciativa Breakthrough Starshot para llevar sus velas a velocidades relativistas requiere una fuente de energía mucho más enfocada.

Una vez que la vela esté en órbita, un conjunto masivo de láseres terrestres enfocaría sus rayos sobre ella. Este sistema proporcionaría una intensidad de luz millones de veces mayor que la del Sol.

Dado que el objetivo de los láseres sería una estructura de 3 m de ancho mil veces más delgada que una hoja de papel, descubrir cómo evitar que la vela se rompa o se derrita es un gran desafío de diseño. En los nuevos artículos, los científicos describieron algunas de esas especificaciones fundamentales.

Materiales 

El primer artículo demuestra que las velas ligeras de Starshot, propuestas para ser construidas con láminas ultrafinas de óxido de aluminio y disulfuro de molibdeno, deberán ondear como un paracaídas en lugar de permanecer planas, como lo suponía gran parte de la investigación anterior.

“La intuición aquí es que una vela muy tensa, ya sea en un velero o en el espacio, es mucho más propensa a desgarrarse”, explicó Bargatin. «Es un concepto relativamente fácil de comprender, pero necesitábamos hacer cálculos matemáticos muy complejos para mostrar cómo se comportarían los materiales a esta escala», añadió.

En vez de una hoja plana, los autores sugieren que una estructura curva, aproximadamente tan profunda como ancha, sería más capaz de soportar la tensión de la hiperaceleración de la vela, un tirón miles de veces mayor que la gravedad terrestre.

“Los fotones láser llenarán la vela como el aire infla una pelota de playa. Y sabemos que los contenedores ligeros y presurizados deben ser esféricos o cilíndricos para evitar roturas y grietas. Piense en los tanques de propano o incluso en los tanques de combustible de los cohetes”, indicó Matthew Campbell, también de la Universidad de Pensilvania.

Diseño 

En el segundo artículo, los científicos proporcionaron información sobre cómo los patrones a nanoescala dentro de la vela podrían disipar de manera más eficiente el calor que viene junto con un rayo láser un millón de veces más poderoso que el Sol.

“Si las velas absorben incluso una pequeña fracción de la luz láser incidente, se calentarán a temperaturas muy altas”, señaló Aaswath Raman, investigador de la Universidad de California en Los Ángeles.

Para garantizar que no se desintegren, se necesita maximizar su capacidad de irradiar calor. Este es el único modo de transferencia de calor disponible en el espacio. Los autores jugaron con las diferencias en el tiempo de aceleración a fin de encontrar el equilibrio correcto entre las tensiones mecánicas y térmicas.