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Exploración espacial más allá del sistema solar.

Cohete propulsado por antimateria (Creación artística según la NASA)

Cohete propulsado por antimateria (Creación artística según la NASA)

Estamos siendo testigos del enorme interés que está despertando el planeta Marte desde que se confirmó la existencia de agua en dicho planeta. Para empezar a plantear proyectos tan ambiciosos como son los viajes interestelares tendrían que concurrir una serie de factores. Algunos de ellos concurren en nuestro vecino . Posiblemente se empezará a hablar cada vez más de él porque acaba de hacerse un descubrimiento importante.

Descubierto un planeta similar a la Tierra en Alpha Centauri
¡POR FIN!, los astrónomos europeos han descubierto un planeta en el sistema estelar más cercano a nosotros, en Alpha Centauri B.

Es una noticia realmente interesante. Alpha Centauri es un sistema estelar triple, con dos estrellas similares a nuestro sol en el centro, orbitando cerca la una de la otra, Alfa Centauri A y B, y una débil enana alejada 0,2 años luz orbitando sobre las otras dos con un período de 500.000 años o más.

Sería interesante hacer llegar una sonda a ese planeta similar a la tierra para saber más de él, porque se encuentra a 4,3 años luz de distancia. Parece una distancia infranqueable para una expedición espacial tripulada, pero es el destino más asequible que tenemos entre los posibles viajes interestelares. Pasar de los viajes interplanetarios a los viajes interestelares sería hablar de con mayúsculas y la imaginación sobre estas remotas posibilidades, ha fructificado en una cantidad considerable de sugerentes obras de ciencia ficción.

Digresión:

En mi obra de ciencia ficción inacabada , su protagonista Xegor también tiene puestos sus ojos en Alfa Centauri. Muchos de los temas que he desarrollado en este artículo (incluido el programa en lenguaje Python), son parte de mi necesidad de investigar y documentarme sobre estos temas.

Tipo de combustible:

Para un viaje interestelar de este tipo, el principal problema sería encontrar un tipo de energía ligera y potente. Los combustibles actuales no sirven. A duras penas permiten llegar a Marte y el problema del peso del combustible es tan importante que ya se están diseñando viajes de ida sin vuelta a Marte. Ya explicamos hace poco estos diseños ¿Cómo son los diseños de futuras misiones tripuladas a Marte sin viaje de vuelta?

La antimateria como combustible:

Para superar este problema ocasionado por el peso del combustible en viajes espaciales largos, lo ideal sería usar un motor de antimateria. Este produciría teóricamente unos 20.000 billones de julios por kilogramo de combustible, lo cual sería idóneo, desde un punto de vista energético, para la propulsión de una nave espacial.

La antimateria es la sustancia más cara del mundo. Su precio se sitúa en torno a los s 60.000 millones de dólares americanos por miligramo. La producción de antimateria, no solo requiere cantidades enormes de energía, sino que conlleva un aprovechamiento muy pequeño de la misma. En este momento solo se ha logrado una eficacia del 1% para el almacenamiento de las partículas de antimateria creadas.  Dicho almacenamiento es además costosísimo, ya que la antimateria no puede entrar en con tacto con la materia y esto obliga al confinamiento de las partículas mediante campos magnéticos muy potentes.

Debido a esto, algunos estudios de la NASA plantean recolectar mediante el uso de campos magnéticos la antimateria que se genera de forma natural. Esta ocurre gracias al impacto de los rayos cósmicos las capas superiores de la atmósfera, en el llamado Cinturón de Van Allen,  que se extiende desde unos pocos cientos a unos dos mil kilómetros sobre la Tierra .

A diferencia de la ciencia, la ciencia ficción no se detiene en el primer obstáculo que encuentra, e intenta responder a la cadena de consecuencias que podrían desencadenarse una vez los problemas actuales queden resueltos. Por esa razón…

Vamos a suponer por un momento que tal propulsor de antimateria existiera:

Lo ideal sería lograr una aceleración igual a la terrestre. Es decir de 9.8 m/s2 y así en el interior de la nave existirían las condiciones perfectas de gravedad proporcionando unas condiciones de habitabilidad mucho mejores que en nuestras actuales estaciones espaciales situadas en la órbita terrestre.

Esta fuerza de propulsión de 1 g se usaría en la primera mitad del viaje para acelerar en dirección al destino. La nave, al llegar a la mitad del recorrido, giraría 180 grados, y en la segunda parte del viaje se usaría la propulsión para frenar la nave y así evitar llegar con demasiada velocidad a su destino.

Sería un viaje donde habría que tener muy en cuenta la relatividad de Einstein. Nunca sobrepasaríamos la velocidad de la luz 300 000 000 m/s  pero las velocidades se acercarían a este límite insuperable .

Con la ayuda del texto siguiente: Movimientos acelerados medidos por observadores inerciales, he realizado un programita en lenguaje Python para calcular cuanto se tardaría en alcanzar el 95% de la velocidad de la luz usando una fuerza de aceleración de 1 g.

#! /usr/bin/python
# -*- coding: latin1 -*-

import math

B=0.95                          # Fraccion de la velocidad de la luz

g=9.8                           # Aceleración en (m/s²)
c=300000000.0                   # Velocidad en (m/s)
Seg_Anyos=1/(60*60*24*365.25)   # Tiempo 
Seg_Meses=1/(60*60*24*30.44)    # Tiempo
Metr_AnyosLuz= Seg_Anyos/c      # Distancia (1 año luz = 9.460528e+15 m)

# Tiempo terrestre
t=(B*c)/(g*math.sqrt(1-(B*B)))
meses=t*Seg_Meses
anyos=t*Seg_Anyos

# Distancia en funcion del tiempo
x= ((c*c)/g)*(math.sqrt(1+((g*g*t*t)/(c*c)))-1)
DistanciaAL=x*Metr_AnyosLuz

print «Para alcanzar una velocidad de %.2f c, se necesitan %.2f meses (%.2f años) » % (B, meses, anyos)

El programa ofrece la siguiente salida:

Para alcanzar una velocidad de 0.95 c, se necesitan 35.41 meses (2.95 años)
Se recorrerán 2.02276e+16 metros (2.14 años luz)

Es decir, que con una aceleración igual a la terrestre (9.8 m/s2) tardaríamos aproximadamente tres años en alcanzar la mitad del trayecto a Alfa Centauri. En ese punto y viajando al 95% de la velocidad de la luz habría que parar la propulsión, girar la nave 180 grados, y volverla a conectar para hacer la otra mitad del viaje frenando con una deceleración de 9.8 m/s².

Yo supongo que la otra mitad del viaje tardaría lo mismo, aunque no tengo esa certeza. Si me equivoco algún gurú de la física relativista me corregirá.

Yo soy escritor de ciencia ficción y mis conocimientos de física son demasiado básicos, así que este trabajo queda tal cual sin calcular el tiempo transcurrido en el interior de la nave, es decir, incompleto. Las fórmulas que apliqué calculan el tiempo terrestre de ese viaje, pero en el interior de la nave, los astronautas tardarían menos tiempo en culminar el viaje debido a viajar a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Véase la paradoja de los gemelos (de Einstein).

En otras palabras, un motor que use antimateria como combustible y que proporcione un impulso de 1 g, haría posible los viajes a Alfa Centauri sin que los astronautas mueran de viejos o tengan que ser hibernados.

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3 Comentarios

  1. tonyon

    …viaje interestelar… a: los pasajeros suben en el ascensor-espacial hasta la nave que les espera en el asteroide Tutatis, al que situamos hace ya tiempo en órbita geoestacionaria…LA NAVE DESPEGA►… b: 354 días a 1 G (9.8 mts/seg²) de ACELERACIÓN CONSTANTE (resuelto el problema ingravidez), la nave con sus poderosos motores cohete de Antimateria funcionando sin descanso… c1: la nave alcanza Velocidad-Luz y…desaparece…entrando en la «dimensión Supralumínica» en el «carril general» (compartido con la radiación electromagnética)… c2: la nave pasa al «carril especial Inteligencia» donde hay un vacío absoluto y perfecto, ya no hay colisiones contra nada…y sigue viaje a velocidad superlumínica… d: la nave alcanza la mitad del trayecto…sras y sres cinturones por favor, durante unos minutos con los motores en Off estaremos en ingravidez durante la maniobra…la nave gira 180º sobre su eje vertical…motores On de nuevo y empieza a frenar… end: la nave baja de velocidad-luz y…aparece…desciende de nuevo a la «dimensión Infralumínica»…354 días decelerando y la nave está a velocidad cero, el pasaje desembarca en destino, un planeta de la Alpha Centauri B.

  2. tonyon

    …viaje interestelar(2)… Todavía vamos demasiado lentos, pongamos en nuestra imaginaria máquina del Tiempo rumbo a un Futuro mucho más lejano…año…la Inmortalidad ya es un hecho…ya se ha descubierto la naturaleza de la Gravedad …y las naves van a una ACELERACIÓN CONSTANTE de miles de G, a velocidad hiperlumínica, manteniendo los compartimentos habitables a 1 G con transformadores gravitatorios…estamos en miles de planetas…y preparándonos para saltar a Andrómeda… «Vaya estas vacaciones a algún espectacular planeta de la estrella Vega en Navidad y regrese en Año Nuevo»…

  3. Antonio Castro

    Tonyon, ¿Hay algo nuevo en Vega? Hace mucho que no la visito. 😉

    Un saludo.

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