IKAROS y LIGHTSAIL

2010 promete ser un buen año para el desarrollo de las velas solares. Tanto La Sociedad Planetaria como la agencia espacial japonesa JAXA tienen previsto lanzar misiones con velas solares durante este año.

Las bases de la propulsión por la acción de la luz en las velas solares son muy sencillas. Los fotones, a pesar de no tener masa tienen mucha energía, al golpear la superficie de la vela solar que actúa como un espejo ceden momento a ésta, y así sufre una aceleración. La ventaja es que esta aceleración es constante, a diferencia de la de los cohetes que sólo dura unos minutos. Por lo tanto aunque la aceleración sufrida es muchísimo más pequeña, al seguir durante mucho más tiempo las velocidades conseguidas pueden ser muy altas.

Cuanto mayor el peso por superficie la aceleración es más pequeña. Cuanto más lejos del Sol también. Hay propuestas para utilizar lasers de potencia enorme con base en el espacio para solventar esto.

Los retos principales son conseguir una vela lo más ligera posible (menos peso, más empuje), para lo cual el grosor de ésta es un factor importante, sin obviar que la carga debe ser lo más ligera posible, y el despliegue de ésta en el espacio.

La Sociedad Planetaria recientemente realizó junto con los rusos, en el 2001 y en el 2005, dos intentos de lanzar una vela solar, la Cosmos 1. Ambos fracasaron por problemas en el lanzamiento.

Media década después, con una tecnología mucho mejor, intentará lanzar en los próximos años tres ambiciosas misiones con el objetivo de demostrar la validez del método de propulsión de las velas solares y de su utilidad en diferentes actividades. Es el proyecto LightSail.

La primera LightSail 1 será lanzada a finales de este año. Intentará demostrar la posibilidad de desplazarse mediante la única ayuda de los fotones solares. Contará de tres cubesat, el nuevo concepto de microsatélites de un tamaño de 10x10x10 cm. Uno para la electrónica y dos para las velas.
Con un total de 5 kg y cuatro velas en forma de diamante y con una superficie de 32 m² será colocada en una órbita a 800 km de altura.
Con la ayuda de telescopios con base en la Tierra y con los instrumentos de a bordo se medirá con precisión el aumento de energía orbital. Se espera una aceleración de 0.06 mm/s².
La nave viajará como carga secundaria en algún lanzamiento todavía a seleccionar.

LightSail-1 de Rick Sternbach. Crédito: Planetary Society

LightSail 2 será mas ambiciosa y durará meses. Llevará instrumentos para realizar mediciones de la Tierra, y servirá para mejorar la experiencia navegando con velas solares. Demostrará que es posible aumentar la energía orbital y cambiar de órbita haciendo útiles las velas, tanto dentro de la órbita terrestre como más allá de ésta.

LightSail 3 se desplazará hacia L1 demostrando que las velas solares podrían servir de estaciones de vigilancia de las tormentas solares.

Las velas están hechas de una membrana de Mylar aluminizado de 4.5 micras de grosor, la cuarta parte que la del plástico de una bolsa de basura.

La vela solar japonesa IKAROS además de la demostración de la física de las velas solares tiene como objetivo:
- Poner a prueba un sistema único de despliegue de la vela.
- Generar electricidad a través de una célula solar ultrafina incorporada a la misma vela.
- Demostrar un original sistema de dirección.
Además medirá el polvo dentro del sistema solar interior y los estallidos gamma.

El sistema de posición de la vela usa una tecnología que controla la reflectividad de la vela. ‘Congelando’ una zona de ésta se reduce la reflectividad de ésta por lo que se reduce el empuje de la luz y se puede cambiar la posición de la vela.

IKAROS irá junto a la ‘Venus Climate Orbiter’AKATSUKI(PLANET-C), de la cual se separará tras un mes del lanzamiento, y navegará hacia Venus los siguientes seis meses.
La vela irá enrollada alrededor del cuerpo principal de la nave, y se desplegará con ayuda de la fuerza centrífuga a 20 rpm. EL espesor de ésta es algo mayor que la de La Sociedad Planetaria, 7.5 micras.





Es de esperar que el desarrollo de unas células solares necesariamente ultrafinas para las velas solares dé algún tipo de aplicación tecnológica aquí abajo.

La Sociedad Planetaria y JAXA realizan una campaña en conjunto para dar publicidad a sus misiones.


¿Qué podemos esperar en un plazo de unas pocas décadas de las velas solares?

Más allá de la velas de Mylar o Kapton aluminizadas, se podrían fabricar con láminas ultrafinas de aluminio.

El máximo de reflectividad se consigue con 30 nanómetros, alrededor de 200 veces más fino que las velas comentadas arriba. Aun así el espesor óptimo es de unos pocos nanómetros para mejorar la proporción empuje-masa. Se conseguirían aceleraciones de 0.3 m/s² a 1UA, mucho mayores que los 0.06 mm/s² de la LightSail 1.

Este grosor es 10.000 veces más fino que el papel de aluminio de cocina, y como sabéis es un material que se rompe fácilmente al manipularlo. Para evitarlo se podría recubrir la lámina ultrafina de aluminio en un plástico que la protegería hasta el momento de su total despliegue, en un punto más cercano al Sol, donde el plástico se desintegraría bajo la acción de la luz solar, dejando sólo la lámina de aluminio. Pero sin sobrepasar los 0.2 UA donde el aluminio se derretiría.

Después, en vez de láminas ultrafinas, podríamos fabricar mallas, con unos filamentos de 5 nanómetros de grosor y unos 50 nanómetros de distancia entre filamentos, inferior a la mitad de la longitud de onda de la luz. La aceleración a 1 UA será ya de 1m/s². Plutón a una distancia de 40 días.

Si la vela solar fuese fabricada de una malla de nanotubos de carbono (densidad 0.1 g/m² incluyendo carga) la aceleración a 1 UA sería de 10 m/s². Para esto sería necesario el poder fabricar nanotubos de alrededor de un metro. Una pasada aproximándose a 4 radios solares del Sol de una vela solar así, aceleraría la vela a una respetable velocidad del 4.2% de c. ¡¡La estrella más cercana a 100 años y Plutón a 6 días!! El sistema solar a una semana de viaje para cualquier sonda robótica, sería una revolución para la exploración científica del sistema solar. Personalmente no creo que tardemos mucho en conseguir nanotubos de carbono de tal longitud.

Voy a hacer una predicción con la velas solares. Creo que antes de 15 años se enviará una vela solar al estilo Voyager que cruzará todo el sistema solar y que irá más allá.

Nanocomp ya es capaz de fabricar hojas de nanotubos de carbono, aunque todavía no cumplen los requisitos para poder utilizarlas en las velas solares.






PD: Gracias a DarkSapiens por algunas correcciones ortográficas realizadas en el texto.

Lightcraft: el innovador sistema de propulsión por láser.

Ir al espacio mediante cohetes que utilizan propulsión química no es la única forma de hacerlo. Tampoco es la forma mas eficiente, ni la mas barata.
El sistema de propulsión de Lightcraft, ‘Beamed energy propulsion’(BEP) propone impulsar la nave mediante la energía de un láser, prescindiendo de las enormes cantidades de combustible que requieren los cohetes de propulsión química.













El diseño del vehículo lo podéis ver en la imagen. En su parte inferior un espejo parabólico altamente pulido refleja y concentra toda la energía de los haces del láser, de tal forma que el aire alcanza temperaturas 5 veces la de la superficie del sol, unos 30.000 K. La rápida expansión del plasma creado es la que impulsa a la nave en la dirección del láser. El láser con base en el suelo, emite pulsos ininterrumpidamente(25 pulsos por segundo)

El 90% de la masa de un cohete actual es combustible, Lightcraft al utilizar el mismo aire como fluido de reacción elimina ese problema, a la par que deja gran parte de la estructura y por lo tanto del peso, en el suelo.
La carga transportada llegaría hasta un 25-50% del peso en vez de un 3-4% en un cohete.
Si bien es cierto que un vez superada la atmósfera el vehículo no podrá usar el aire como fluido de reacción, y por lo tanto este tendrá que llevar algo de material propulsor para poder alcanzar la orbita baja, pero esta cantidad será ridícula con la que necesita un cohete.

El sistema seria capaz de poner cosas en orbita en una sola etapa. Según lo que he leído serian capaces con el tiempo de poner en orbita cargas de hasta una tonelada. Desconozco si se podría aumentar esa capacidad.

Imagen: trayectoria del Lightcraft.




En 1999 se realizaron los primeros ensayos, alcanzándose los 40 metros de altura, en 2000 los 70 metros con un vehículo mas pesado, resultados que parecen ridículos, pero que hacen recordar los primeros ensayos de Robert H. Goddard.

La compañía de ha propuesto alcanzar la meta de 100 km en 3 años.

Lightcraft cree que podrá reducir los costos de puesta en orbita en un factor de 50-100 frente a medios mas clásicos en los próximos 5-10 años, convirtiéndose en la opción mas barata para el lanzamiento de microsatélites, y cree que en 20 años podría reducir en un factor de 1000 el costo en los vuelos tripulados. Y de forma que sean tan seguros como un vuelo comercial.
¿Demasiado optimistas? Puede, pero les deseo mucha suerte. En los próximos 5 años habrá que seguir sus avances. Puede que nos den una sorpresa.

Obviamente sus resultados dependerán de la potencia de los láseres, que deben tener una potencia del orden de los MW.






Mas información en la pagina oficial.

El Mass Driver

El físico Gerald K.O’Neill principal impulsor de la idea de los habitats espaciales(Cilindro de O’Neill), no pensó construir estos con recursos terrestres, como seguramente pensaran muchos , y lo cual seria carísimo, sino con materiales lunares(aunque a posteriori se podrían abandonar estos por los de origen asteroidal).

La pozo gravitatorio lunar es muchísimo menor que el terrestre, por lo cual se necesita menos energía para escalarlo, lo cual se traduce en que elevar algo desde la superficie lunar es mas barato, mas exactamente un 5% de lo que costaría hacerlo desde la superficie terrestre. Además la ausencia de atmósfera no dificulta el proceso interponiendo una fricción con el proyectil.
Es decir si queremos coger todo el material necesario para construir un hábitat espacial, mejor que lo hagamos desde la Luna y no desde la Tierra. POR ESO UNA BASE LUNAR ES TAN IMPORTANTE.

O’Neill con el fin de enviar eficazmente materias primas desde la Luna a los Puntos Langranianos donde se construirá un hábitat espacial, ideo un sistema que lo haría de forma eficaz, el famoso ‘mass driver’.
El mass driver es una especie de catapulta magnética. La idea básica es acelerar una carga magnéticamente a través de un largo tubo acelerador.

Si acercas dos imanes los campos magnéticos se atraerán (o se repelerán según orientación de los polos). Si haces pasar corriente eléctrica por una bobina de alambre esta generara un campo magnético. Esto se conoce como electroimán. Igualmente dos electroimanes se pueden repeler o atraer . La posición de los polos en este caso se determina según la corriente sea de sentido horario o antihorario en la bobina.

Un mass driver constaría de un largo túnel con numerosas bobinas, las bobinas guía, y una cubeta que lleva un paquete con el material a lanzar, y que tiene dos bobinas de radio menor a las bobinas guía. La cubeta se acelera en el interior del tubo.

Cada bobina guía se conecta independientemente de las otras y solo una en cada ocasión. La bobina de la cubeta tiene corriente en todo momento. La bobina guía induce corriente en la bobina de la cubeta.

La bobina de la cubeta se siente atraída por una bobina guía, acelerándose por lo tanto. Cuando la bobina de la cubeta llega al centro de la bobina guía, la bobina guía se apaga, porque sino tras ese punto se desaceleraría, atraída otra vez de vuelta. Para entonces la siguiente bobina ya conectada seguirá atrayéndola y manteniendo la aceleración.
Es decir cada bobina guía se enciende únicamente cuando la bobina de la cubeta este lo suficientemente cerca para realizar una atracción provechosa, y cada bobina guía se apaga cuando la bobina de la cubeta atraviesa su centro.


La cubeta nuca toca el túnel puesto que el campo magnético creado la hace levitar manteniéndola en el centro.

Esto es un mass driver que solo tira, hay versiones que tiran y empujan. Para ello después de pasar por el centro la bobina de la cubeta, la bobina guía cambia de polaridad para crear repulsión. Pero esto es mas complicado.

Como resultado la cubeta sufre aceleraciones de miles de g durante su recorrido por el tubo. Al final de este el paquete sale despedido a una gran velocidad(en este caso a la velocidad de escape lunar), mientras que la cubeta donde iba se frena en una sección de desaceleración.
En la sección de desaceleración, el momento de esta cubeta se vuelve a transformar en corriente eléctrica.
En definitiva se puede decir que la sección de aceleración funciona como un motor y la de desaceleración como un generador.
El rendimiento de la energía que se recupera esta entre un 70% y un 90%.
La cubeta una vez frenada vuelve al inicio de la sección de aceleración con un nuevo paquete, para repetir el proceso de nuevo. Es un sistema con recirculación.

Dentro del tubo se hace el vacío, sino la fricción con el aire supondría graves problemas, por desgaste de la cubeta, desviación de la trayectoria...lo bueno que tiene la Luna es que el vacío sale gratis.

No se envía una gran carga cada mucho, sino innumerables paquetes pequeños(de pocos kilos) continuamente(cada segundo mas o menos).
El material lunar es compactado en pequeños paquetes y sellados con una fina capa de fibra de vidrio para su posterior introducción en la cubeta del mass driver.

Una ventaja del mass driver frente a un sistema de cohetes es que no enturbiaría la atmósfera lunar. La gravedad lunar es los suficientemente alta para mantener una atmósfera. Muchos lanzamientos de cohetes la harían cada vez mas densa, requiriéndose años para recuperar su situación inicial.




Imagen: O'Neill (centro) con el Mass Driver 1


El mass driver no es solo algo teórico, se han creado varios prototipos desde hace tres décadas cuando surgió la idea.
En 1977 O’Neill junto a Dr. Harry Kolm y un grupo de estudiantes del MIT desarrollaron el Mass Driver 1, de pequeño tamaño, únicamente con 20 bobinas, con material de fontanería y motores de coches colocados en serie. Fue capaz de proporcionar 33 g.
Mas tarde desarrollaron el Mass Driver 2 capaz de dar 500 g de aceleración.
El posterior Mass Driver 3 fue capaz de llegar a las 1800 g.



La siguiente imagen muestra la longitud necesaria de la sección de aceleración del mass driver correspondiente para conseguir la velocidad de escape lunar. Únicamente 160 metros! El mass driver se podría construir aquí y después llevarlo plegado a la luna.

Se supone que un mass driver lunar seria capaz de enviar a los Puntos Langranianos 600.000 toneladas al año. Varios podrían suministrar todo el material necesario para construir un hábitat pequeño estilo Esfera de Bernal en pocos años, y para los paneles solares del SPS. La composición del suelo lunar es 43% oxigeno(aire), 21% silicio(vidrio, paneles solares),10% aluminio, 9% hierro,% magnesio, 2% titanio(estructuras metálicas). Esto solo reduce la necesidad de subir cosas desde la Tierra a compuestos de nitrógeno, carbono y agua. Esta necesidad se elimina si se tiene acceso a los asteroides, después la Luna no seria necesaria.

El mass driver se pondría convertir en un futuro en la mejor opción para el transporte de material por todo el sistema solar. Obviamente no como medio de transporte para las personas, pues unas aceleraciones tan enormes son mortales.
No solo eso, también seria un modo de desviar asteroides de forma muy efectiva y con gran precisión, en un periodo de tiempo de meses. Un mass driver o varios, en un asteroide podrían utilizar la misma masa del asteroide como material de propulsión, como si fuesen cohetes anclados a este solo que en vez de utilizar como empuje un gas a altas temperaturas, estos crean el empuje lanzando material sólido a velocidades altísimas, de miles de g. La misma idea se puede aplicar para mover naves espaciales y habitats espaciales.
Partiendo de las bases con las que funciona el mass driver, se daría lugar a avances mas importantes como varios equivalentes del ascensor espacial que no necesitan nanotubos de carbono, un tipo de habitats de los que todavía no he hablado hasta ahora y un montón de cosas mas. Estos temas no tardaran, lo prometo.

Actualizacíon(extra video)

Mas información.

Articulo en PERMANENT.

DYNAMICS AND DESIGN OF ELECTROMAGNETIC MASS DRIVERS(1)(2)(3)

MASS DRIVER UP-DATE

Wis_alien del blog Wis Physics construyo hace no mucho un cañón gauss, que es el hermano pequeño del mass driver.

Naves interestelares propulsadas con agujeros negros.

Louis Crane y Shawn Westmoreland proponen utilizar agujeros negros subatómicos para la propulsión de naves interestelares a velocidades relativistas.

Los métodos mas tradicionales propuestos para el viaje interestelar tienen sus inconvenientes. La propulsión de velas por potentes laseres tiene el inconveniente de que el haz del láser se debilita con la distancia.
La propulsión por antimateria depende de la producción de grandes cantidades de esta, lo cual es muy difícil y costoso, y por ahora no sabemos como mantener aisladas las cantidades requeridas. Se necesitarían diez millones de veces mas energía que para obtener los mismos resultados que con el método propuesto.

Gracias a Stephen Hawking sabemos que los agujeros negros pierden masa, evaporándose mediante la conocida ‘Radiacion Hawking’. Este fenómeno es mas importante cuanto mas pequeño es el agujero negro, así en un agujero negro grande, como el resultante del final del ciclo de una estrella despide poca energía mediante este tipo de radiación, pero en uno de tamaño subatómico, la cantidad de energía emitida es muchísimo mayor. Por lo tanto, menor el tamaño de un agujero negro, mayor la energía emitida y menor la vida de este.

Parte de esta emisión de energía no seria aprovechable, puesto que algo iría en forma de neutrinos que no interaccionan con la materia, y que por lo tanto no se pueden utilizar para proporcionar empuje, y parte en la masa de reposo de partículas.

Estos serian los criterios que debería seguir el agujero negro creado:

1. Tener una vida lo suficientemente larga para hacerlo útil.
2. Tener la suficiente energía para acelerarse a un suficiente porcentaje de c en un tiempo razonable.
3. Ser lo suficientemente pequeño para poder recolectar la energía necesaria para crearlo
4. Ser lo suficientemente grande como para poder concentrar esa energía recolectada en una región para crearlo.
5. Tener una masa comparable a una nave interestelar.

El tamaño de un agujero negro que cumple estos criterios esta alrededor de unos pocos attometros(10^-18 m). Un agujero negro subatómico(ANS) de este rango de tamaño tendría un millón de toneladas y una vida de alrededor de un año a unos pocos siglos.
Para haceros una idea del tamaño, un átomo de helio tiene un radio de alrededor de 30 picometros, y un picometro son un millón de attometros.

Esta serian los artefactos que necesitaríamos para crear una tecnología capaz de utilizar los agujeros negros como forma de propulsión.


El generador de agujeros negros.

La idea es concentrar tanta energía en un sitio de forma que se crease un agujero negro. Esto se haría disparando una multitud de rayos gamma energéticos mediante un sistema láser esférico convergente.
La ventaja de utilizar fotones, es que al ser bosones, no tienen que seguir el Principio de Exclusion de Pauli, por lo que se pueden juntar mas en un sitio.
El láser necesario para algo así, tendría unas 10^10 toneladas(la masa de un asteroide) y debería ser construido cerca del sol. Este láser al menos en principio se podría alimentar con un gigantesco panel solar cerca del sol. Uno de 370 km de lado, a un millón de km del sol tras un año seria capaz de acumular tanta energía como para crear un ANS de 2.2 attometros.


El propulsor.

Es necesario diseñar un método para poder utilizar el ANS para propulsar la nave.

Los requisitos para una nave así serian:
1- Usar la Radiación Hawking para propulsar la nave.
2- Propulsar el ANS a la misma aceleración.
3- Alimentar el ANS para mantener su temperatura.

El Punto 3 no es absolutamente imprescindible, no es necesario alimentar al ANS si tras utilizarlo para su propulsión la nave se desprende de este a la llegada, pero esto seria un grave desperdicio.
Para acelerar la nave seria posible colocar el ANS en el foco de un reflector parabólico sujeto al cuerpo principal de la nave. El ANS emitiría rayos gamma y una mezcla de partículas y antipartículas por lo que no seria simple saber como dar empuje.
Podría usarse un gas electrónico que actuase de reflector para los rayos gamma, también se podría dejar escapar a estos y solo utilizar el impulso de la partículas, aunque esto tendría menos rendimiento. Para mejorar el rendimiento podría crearse una capa de materia que absorba los rayos gamma y los emita en frecuencias ópticas, enfocándolos después.
Una capa de materia que detiene solo los rayos gamma que van hacia la parte delantera de la nave pero que deja escapar los que van hacia atrás crearía una fuerza asimétrica, y por lo tanto empuje.
También podría utilizarse la Radiación Hawking para calentar una sustancia secundaria que podría ser expulsada como gases de escape(como en los cohetes normales y los iónicos), sin embargo esos gases deberían ser expulsados a velocidades relativistas si queremos que el impulso especifico sea alto para el viaje interestelar.

Una forma de cumplir con los requisitos 2 y 3 es sujetar unos cañones de partículas en la parte trasera de la nave y dirigir haces al agujero negro de forma que se le de empuje y se le pueda alimentar.


La planta energética.

Se podría rodear el ANS con un blindaje esférico, de forma que con un motor térmico(o una panel solar que absorba fotones gamma en vez de fotones ópticos, si algo así es posible) sea posible obtener energía eléctrica. Hablamos del orden de petawatts de energía, centenares de veces el consumo mundial actual(0.015 petawatt).

Estos tres artefactos forman un pack, sin el propulsor acercar un ANS cerca de la Tierra para obtener energía no es posible. Sin el generador , tendríamos que tener la suerte de encontrar un ANS primordial.

Pero una industria generadora de ANS no estaría completa sin el cuarto.


El generador autopropulsado.

Lo ideal seria juntar al generador una agrupación de ANS que suministrase energía al láser. Si se pudiese alimenta a estos ANS tendríamos una fuente permanente de mas ANS, la cual funcionaria indefinidamente solo con agua, o polvo, o lo que sea conveniente.
Una civilización con estos cuatro artefactos tendría una fuente inimaginablemente enorme de energía, suficiente como para colonizar la galaxia.

Se pueden presentar dos escenarios, uno en el cual estos ANS no pueden ser alimentados, y otro en el que si.
Incluso si ocurriese lo primero, los viajes interestelares serian viables.

Imaginémonos que queremos viajar a Alpha Centauri, que esta a cuatro años luz. Aceleraríamos a un g hasta la mitad del camino y entonces desaceleraríamos de la misma forma. Considerando la dilatación relativista del tiempo, llegaríamos en 3.5 años desde nuestro (el de los viajeros) punto de vista. Si no pudiésemos alimentar al ANS tendríamos que crear uno cuya vida fuese al menos de 3.5 años, que corresponde con un radio de 0.9 attometros y 606.000 toneladas. Al llegar separaríamos la nave del ANS, puesto que este al evaporarse totalmente emitiría un potente y letal estallido de rayos gamma.
Un ANS de estas dimensiones emitiría 160 petawatt de energía, con los que suponiendo un 10% de rendimiento solo serian necesarios 200 días para acelerar hasta un 10% de c.

Cuanto mas pequeño el ANS, mas energía produce, y por lo tanto es capaz de producir aceleraciones mayores y por lo tanto los viajes durarían menos.

Si un supuesto viaje interestelar a largo plazo a otro sitio quisiese hacerse en 100 años, y no fuesen necesarias aceleraciones tan altas, valdría uno con una vida de 100 años(2.7 attometros, 1.820.000 toneladas, 17 petawatt) , y se alcanzaría el 10% de c tras 15 años, tomando un 10% de rendimiento energético.

Por el contrario si la misión fuese robótica, y por lo tanto se pudiesen soportar aceleraciones brutales, ANS incluso menores que 0.9 attometros darían velocidades relativistas en poco tiempo.

En estos casos, no se ha considerado que en el trayecto al evaporarse el ANS se haría mas pequeño, y por lo tanto al ser mas energético, la aceleración durante el viaje podría aumentar.

Por el contrario si se pudiese alimentar al ANS, el viaje no se vería limitado por la vida de este ,y podrían utilizar agujeros incluso mucho menores de 1 attometro, increíblemente energéticos., consiguiendo velocidades muy altas sin limitación de tiempo, pero habría que suministrar un flujo(que varia según el tamaño de este) que rondaría varios kilos de materia por segundo.

La masa de la nave rondaría un valor cercano a la del ANS, seria por lo tanto una nave bastante grande.
La creación de estos ANS seguramente mejoraría nuestros conocimientos en física, es mas, en el estallido de unos de estos ANS se crearían condiciones de temperatura, cercanas a la escala de Plank, que no seriamos capaces de recrear ni con aceleradores de partículas inimaginablemente mas potentes que los actuales.
Una explosión de este tipo a una AU de distancia no seria peligrosa, menos si esta al otro lado del sol, porque este actuaría de escudo.

Un ANS generaría ondas gravitacionales de frecuencia mas alta que las buscadas por los detectores actuales. Se podrían construir detectores para esta frecuencia de onda gravitacional, y si hay civilizaciones extraterrestres que usan ANS como método de transporte interestelar, podríamos localizarlas,
Además de encontrar posiblemente otras sorpresas.

Articulo original ‘ARE BLACK HOLE STARSHIPS POSSIBLE?’ de Louis Crane y Shawn Westmoreland

Produccion de antimateria para propulsion

La antimateria ha sido considerada la forma definitiva de energía a la hora de considerar un sistema de propulsión.
Es el sistema con rendimiento energético mas alto con diferencia, 10^10 mas que la combustión de hidrógeno y 100 veces mas que la fusión o la fisión.
La aniquilación de un gramo de antimateria proporciona tanta energía como 23 tanques de combustible del Shuttle.
La antimateria se produce en los aceleradores como los de FNAL y el CERN, desgraciadamente solo se producen unos pocos nanogramos al año de antiprotones en estos aceleradores.
Considerando los valores de coste de energía producir un solo gramo costaría 62.5 billones de dólares.
Esto ha llevado a muchos a cuestionar el uso de antimateria como sistema viable de propulsión interplanetaria o interestelar.
Pero su afirmación se basa en dos grandes asunciones erróneas, que el costo de producir antimateria seguirá siendo igual de caro siempre(recordemos que la producción de uranio-235 era extremadamente cara al principio) y que se utilizara únicamente la antimateria como método de propulsión, que aunque es el sistema con mayor isp
, ignoran que existen métodos que aunque tengan menor isp, requieren cantidades de tan solo unos pocos microgramos.
Aumentar la producción a esa capacidades seria posible con algunas mejoras que aumentasen esa capacidad de crear y almacenar antimateria, esas mejoran requerirían una inversión de entre 3 10 mil millones de dolares.
Con esas mejoras el costo de producir de 1 a 100 microgramos de antimateria seria de 0.6 a 60 mil millones respectivamente.

Analicemos los 6 diferentes sistemas de propulsión que utilizan la antimateria.

Núcleo sólido: los antiprotones calientan un sólido compuesto de un metal refractario de alto numero atómico. El propelente se bombea al núcleo caliente y se expande por la tobera generando empuje.

Núcleo gaseoso: se sustituye el núcleo sólido por un gas, permitiendo mayores temperaturas y rendimientos.

Núcleo de plasma: el gas se permite que alcance temperaturas altísimas y que se ionice.

Núcleo radiado: se eliminan los problemas de calentar un fluido secundario, expulsando los productos de la aniquilación directamente desde el vehículo a velocidades cercanas a la de la luz(se refiere a los productos).
El sistema mas eficaz con diferencia.

Métodos catalizados por antimateria:

ACMF(micro fisión/fusion catalizada por antimateria): una pastilla de deuterio-titrio y uranio 238 se comprime con hazes de partículas y se irradia con hazes de baja intensidad de antiprotones, estos se absorben por los antiprotones e inician una reacción de fisión hiperneutronica que enciende el núcleo de D-T que se expande produciendo un empuje pulsado.

AIM(microfusion iniciada por antimateria): un plasma de antiprotones se comprime mediante campos magnéticos mientras que se inyectan gotas de D-T en el plasma. Los productos se redirigen por una tobera magnética para producir empuje.

En la grafica se descartan los de núcleo sólido y gaseoso, la cantidad de combustible en forma de antimateria es cercano al de plasma, pero su isp es cercano a los sistemas catalizados, vamos que tiene lo peor de los dos.

A bajas velocidades de misión el los sistemas ACMF y AIM son los mejores a la hora de reducir los gastos de antimateria.
Solo el sistema de núcleo radiado(beamed core) da velocidades cercanas a la de la luz(0.4c) pero requiere toneladas de antimateria, en cambio una nave de 10-100 toneladas llegaría en un año a Júpiter con el ACMF necesitando tan solo 1-10 microgramos, el AIM llegaría a la nube de Ort en tan solo 50 años con una carga de 100 kilos.

En los cálculos de combustible se tienen en cuenta la fracción de masa relativista y el factor de contracción de Lorentz-Fitzgerald.

En definitiva con un rendimiento de producción tres o cuatro ordenes de magnitud superiores a los actuales se podría crear las cimientos necesarios para poder realizar un sistema de transporte rápido por todo nuestro sistema solar.

Además pequeñas cantidades de antimateria se requieren para tomografías de diagnostico, nuevas terapias contra el cáncer y muchos avances que se están dando en medicina.

Quien dijo que investigar con aceleradores de partículas es un gasto inútil?

Mas información en el paper “Antimatter Production for Near-term Propulsión Applications” http://www.engr.psu.edu/antimatter/Papers/NASA_anti.pdf

Volvere a hablar de la antimateria en proximas entradas, en concreto de formas de producir o recolectar antimateria en fuentes naturales.

En la proxima entrada hablare de domos hinchables en la Luna, asteroides y planetas.

Saludos