Imagen: Breakthrough Starshot
La «Lanzadera Estelar Avanzada», también conocida por «Disparo Estelar», fue anunciada el 12 de abril de 2016 durante un acto celebrado en Nueva York en el que participaron el físico, filántropo y empresario inversionista ruso Yuri Milner y el físico y cosmólogo Stephen Hawking que forman parte de la Junta Directiva, al igual que el filántropo y cofundador de Facebook Mark Zuckerberg. Yuri Milner estima que el presupuesto final podría ascender aproximadamente a unos 5 ó 10000 millones de dólares, calculando que la primera nave podría ser lanzada al espacio alrededor del año 2036. Aunque aún sea pronto, el visionario proyecto intentará que miles de chips del tamaño de obleas (*1) adosados a grandes velas solares (*2) de plata sean ubicados en la órbita terrestre y acelerados por la presión de un intenso láser basado en la Tierra impactando contra la vela solar que les sirve de sostén.
Tan sólo dos minutos después de haber sido impulsada por el haz láser, la nave espacial viajaría a una quinta parte de la velocidad de la luz, mil veces más rápida que cualquier otro objeto macroscópico jamás construido por el ser humano.
Imagen: NASA/JPL-Caltech.
Cada embarcación estará operativa durante un rango temporal de 20 años y recogerá datos científicos sobre el espacio interestelar. Al llegar a los planetas cercanos al sistema estelar Alpha Centauri, una cámara digital a bordo tomará fotografías de alta resolución y las enviará de vuelta a la Tierra, proporcionando un primer vistazo de nuestros vecinos planetarios más cercanos. Además del conocimiento científico, podremos aprender si esos exoplanetas son apropiados para una ulterior colonización humana.
El equipo detrás de la «Lanzadera Estelar Avanzada» es tan impresionante como la tecnología que empleará. El director ejecutivo es S. Pete Worden, ex director del Centro de Investigación Ames de la NASA (ARC, por su siglas en inglés: Ames Research Center) (*3). Varios científicos prominentes, incluyendo a premios Nobel y laureados de la talla de Freeman Dyson (*4), están sirviendo como asesores del proyecto. Yuri Milner ha prometido 100 millones de dólares de sus propios fondos para comenzar a trabajar. Animará a sus colegas a que contribuyan con 10.000 millones de dólares en los próximos años para su finalización.
Aunque este esfuerzo puede sonar como el producto de una mente calenturienta por las muchas lecturas de ciencia ficción, no hay obstáculos científicos conocidos que impidan implementarlo. Tampoco ello significa que sucederá mañana: para que «Lanzadera Estelar Avanzada» tenga éxito, se necesitan varios avances tecnológicos. Los organizadores y científicos asesores confían en la presistencia de la progresion exponencial del avance científico y tecnológico, según la Ley de Moore, para hacer que «Lanzadera Estelar Avanzada» sea viable en 20 años. A este propósito y, por ende, al de la Ley de Moore, por favor, remítase a la nota (*5).
He aquí 11 tecnologías clave a utilizar por «Lanzadera Estelar Avanzada» y cómo se espera que continurn exponencialmente durante las próximas dos décadas.
Detección de Exoplanetas
Un exoplaneta o planeta extrasolar es un planeta que orbita una estrella diferente al Sol y que, por tanto, no pertenece al sistema solar. La primera detección confirmada se hizo en 1992, con varios planetas de masa terrestre orbitando el púlsar Lich; en la actualidad, hay confiramadas 3668 detecciones en 2.748 sistemas planetarios. Mientras que algunos se asemejan a los de nuestro sistema solar, otros tienen características fascinantes y extrañas, con monstruosos anillos orbitándolos de un tamaño 200 veces más anchos que los de Saturno.
¿La razón de esta avalancha de descubrimientos? Una gran mejora en la tecnología de telescopios.
Hace tan sólo hace 100 años, el telescopio más grande del mundo era el Telescopio Hooker, de 254 centimetros de abertura, instalado en el Observatorio del Monte Wilson. Hoy en día, el Telescopio Extramadamente Grande del Observatorio Europeo Austral, aún en construcción, cuando esté terminado constará de cuatro grandes telescopios de 8,2 metros de diámetro cada uno; a fecha de hoy, sin finalizar, es ya la instalación astronómica terrestre más productiva del mundo.
Los investigadores usan el VLT (Very Large Telescope, en español Telescopio Muy Grande, que forma parte del Observatorio Europeo Austral) y un instrumento especial para buscar exoplanetas rocosos en la zona habitable -aquellos que, teóricamente, permitirían la existencia de agua líquida— de sus estrellas anfitrionas. En mayo de 2016, los investigadores que utilizaron el telescopio TRAPPIST (Telescopio Pequeño para Planetas y Planetesimales en Tránsito, o TRAPPIST por su acrónimo en inglés: Transiting Planets and Smallplanets with a Small Telescope) en Chile encontraron no sólo uno, sino siete exoplanetas del tamaño de la Tierra en la zona de confort vital, zona, como dijimos, propicia para la existencia de agua líquida.
Mientras tanto, en el espacio, la nave espacial Kepler de la NASA está diseñada específicamente para este propósito y ya ha identificado más de 2.000 exoplanetas. El James Webb Space Telescope, que se lanzará en octubre de 2018, ofrecerá una visión sin precedentes capaz de detectar si los exoplanetas pueden soportar la vida. «Si estos planetas tienen atmósferas, será clave para desbloquear sus secretos», según Doug Hudgins, científico del Programa Exoplanet de la NASA.
Costo de lanzamiento
La nave nodriza «Lanzadera Estelar Avanzada» será lanzada a bordo de un cohete y lanzará mil naves estelares. El costo del transporte de una carga útil utilizando cohetes de un sólo uso es inmenso, pero proveedores de lanzamiento privados como SpaceX y Blue Origin han demostrado recientemente el éxito de los cohetes reutilizables, esperándose que reduzcan sustancialmente su precio. SpaceX ya ha minorado los costos a unos 60 millones de dólares por Falcon 9 y, a medida que la industria espacial privada se expanda y los cohetes reutilizables se vuelvan más comunes, se espera que este precio disminuya aún más.
El chip oblea
Cada chip oblea de 15 milímetros de ancho debe contener una amplia gama de dispositivos electrónicos sofisticados, tales como un sistema de navegación, cámara, láser de comunicación, batería de radioisótopo, multiplexor e interfaz de cámara. La expectativa de ser capaz de comprimir una nave espacial entera en un pequeño chip oblea se debe a la disminución exponencial del tamaño de los sensores y chips (ver nota *5 al final).
Los primeros chips de ordenador durante los años 60 contenían unos cuantos. Gracias a la Ley de Moore, ahora podemos insertar miles de millones de transistores en cada chip. La primera cámara digital pesó 3,63 kgs y tomó imágenes con una resolución de 0,01 megapíxeles. En la actualidad, el sensor de una cámara digital produce imágenes en color de 12, e incluso más, megapíxeles y encaja a la perfección en un «smart phone» o teléfono inteligente, junto con otros sofisticados sensores -GPS, acelerómetro, giroscopio, etc.—. Estas mejoras se reflejan en la exploración espacial con el advenimiento de satélites más pequeños que proporcionan más y mejores datos.
Para que la «Lanzadera Estelar Avanzada» tenga éxito, necesitaremos que la masa del chip sea de unos 0,22 gramos para 2030, pero si la tasa de mejora continúa, las proyecciones sugieren que esto es abolutamente posible.
La vela solar
La vela solar deberá estar fabricada con un material altamente reflectante (para obtener el máximo impulso del láser), mínimamente absorbente (para que no se incinere por el calor) y también muy ligera (que permita una aceleración rápida). Estos tres criterios son extremadamente restrictivos y actualmente no existe ningún material que cumpla de forma satisfactoria los requisitos exigidos.
Los avances requeridos pueden provenir de la IA- inteligencia artificial computerizada— que automatiza y acelera el descubrimiento de materiales. Esta automatización ha avanzado hasta el punto de que las técnicas de aprendizaje automático pueden «generar bibliotecas de materiales candidatos por decenas de miles», lo que permite a los ingenieros identificar cuáles valen la pena investigar y probar en aplicaciones específicas.
Almacenamiento de energía
Mientras que el chip oblea utilizará una minúscula batería de radioisótopos alimentada por energía nuclear para su viaje de más de 24 años, todavía necesitaremos baterías químicas convencionales para los láseres. Los láseres deberán emplear una cantidad enorme de energía en un corto periodo de tiempo, implicando, por tanto, que dicha energía tenga que ser almacenada en baterías cercanas al emisor láser.
El almacenamiento de la batería mejora, de media, entre un 5% y un 8% al año, aunque a menudo no nos damos cuenta de este beneficio porque el consumo de energía de los electrodomésticos ha aumentado a un ritmo comparable, dando por resultado en el mantenimiento de una vida útil estable en términos cronológicos. Si las baterías continúan mejorando a este ritmo, en 20 años deberían tener entre 3 y 5 veces su capacidad actual. Se espera que la gran inversión de Tesla-Solar City en tecnología de baterías impulse la innovación continua. Las compañías ya han instalado cerca de 55.000 baterías en Kauai para alimentar una gran parte de su infraestructura.
Láseres
Miles de láseres de alta potencia serán utilizados para empujar la vela solar a velocidades hasta ahora inconcebibles. Los láseres cumplen rigurosamente la Ley de Moore a un ritmo casi idéntico al de los circuitos integrados y la relación costo versus potencia se reduce, de promedio, a la mitad cada 18 meses. En particular, la última década ha visto una aceleración dramática en el escalado de potencia de los láseres de diodo y fibra, el primero rompiendo máximos a través de 10 kilovatios en una fibra monomodo en 2010 y la barrera de 100 kilovatios unos meses más tarde. Además de la potencia bruta, también necesitaremos hacer avances en la combinación de Phased Array Laser (*6).
Velocidad
Nuestra capacidad de movernos rápidamente ha... ¡crecido rápidamente! El tren se inventó en 1804 y poco después aceleró hasta una velocidad, por aquella época desconocida, de 113 kms por hora. La nave espacial Helios 2 eclipsó este récord en 1976: a su máxima velocidad, Helios 2 se alejaba de la Tierra a una velocidad de 356.040 km/h. Sólo 40 años más tarde, la nave espacial New Horizons alcanzó una velocidad heliocéntrica de casi 45 km/s o160.934 kms por hora. Sin embargo, incluso a estas velocidades, se necesitaría mucho, mucho tiempo para llegar a Alpha Centauri -está a algo más de cuatro años luz de distancia, o sea, a unos 11.050.214.400.000 kms—.
Mientras que la aceleración de las partículas subatómicas a casi la velocidad de la luz es una rutina en los aceleradores de partículas, nunca antes se había algo similar con los objetos macroscópicos. Que la «Lanzadera Estelar Avanzada» alcanzara un 20% de la velocidad de luz representaría un aumento de velocidad de 1000 veces sobre la de cualquier objeto construido por el ser humano.
Almacenamiento de memoria
La capacidad de almacenar información es fundamental en informática. La «Lanzadera Estelar Avanzada» depende de la continua disminución del coste y tamaño de la memoria digital para incluir el almacenamiento suficiente para sus programas y para las imágenes tomadas del sistema estelar Alpha Centauri y sus planetas.
El costo de la memoria ha disminuido exponencialmente durante décadas: en 1970, un megabyte costaba alrededor de 805.620,91€; ahora es aproximadamente una décima parte de un céntimo (0,00805607€). El tamaño requerido para el almacenamiento ha disminuido de forma similar, desde una unidad de disco duro de 5 megabytes que se cargaba por medio de una carretilla elevadora en 1956 hasta la disponibilidad actual de pendrives o lápices USB de 512 gigabytes con un peso de unos pocos gramos.
Telecomunicaciones
Una vez tomadas las imágenes, el chip oblea las enviará de vuelta a la Tierra para su procesamiento.
Las telecomunicaciones han avanzado rápidamente desde que Alexander Graham Bell inventó el teléfono en 1876. La velocidad media de Internet en los EE. UU. es actualmente de unos 11 megabits por segundo. El ancho de banda y la velocidad requerida para que la «Lanzadera Estelar Avanzada» envíe imágenes digitales a lo largo de 4 años luz -unos 11.050.214.400.000 kms— requerirá aprovechar la última tecnología de telecomunicaciones.
Una tecnología prometedora es el Li-Fi, un enfoque inalámbrico que es 100 veces más rápido que el Wi-Fi. Otra opción es a través de fibra óptica, ahora capaz de trasmitir 1.125 terabits por segundo.
La telecomunicación cuántica, también llamada información cuántica o comunicación cuántica es el sistema de telecomunicaciones basados en el entrelazamiento cuántico y la teleportación cuántica de datos en sistemas similares, gracias a las propiedades de la mecánica cuántica. Su desarrollo se basa en la paradoja EPR y se proyecta como el futuro medio de comunicación ideal, ya que no está sujeto a las limitaciones espacio-temporales de las señales radioeléctricas. Se considera que en el futuro inmediato se podrán desarrollar redes cuánticas que reemplacen a los actuales sistemas de telecomunicación. Por tanto, es una opción a tener en cuenta.
Computación
El paso final en el proyecto «Lanzadera Estelar Avanzada» es analizar los datos que regresan de la nave espacial. Para ello, debemos aprovechar el incremento exponencial de la potencia de computación, beneficiándonos del aumento mil millonario de la dicha potencia de computación en los últimos 60 años.
Este coste de la computación ha continuado disminuyendo drásticamente debido en gran medida a la presencia del cloud computing. Extrapolando hacia el futuro y aprovechando nuevos tipos de procesamiento, como la computación cuántica, deberíamos ver otro aumento de mil veces más de potencia para cuando los datos de la «Lanzadera Estelar Avanzada» sean recibidos. Este poder de procesamiento tan extremo nos permitirá realizar sofisticados modelos científicos y análisis minuciosos de nuestro sistema estelar vecino más cercano -Alfa Centauri—.
Xarooch Franco
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Bibliografía:
* Wikipedia: Interestellar travel.
* Forbes: Is interstellar travel possible?
* BBC: The miths and reality about interestellar travel
* Wall Street Pit: Will interstellar travel ever be possible?
y, muy especialmente,
* Singularity Hub: Why interstellar travel will be possible sooner than you think, de donde tomé ideas para el título y para varios conceptos aquí expuestos, aunque otros se descartaron por un exceso de imaginación del autor.
Referencias que se citan:
(*1) Chip oblea: lámina delgada de material semiconductor en la que se instalan circuitos integrados.
(*2) Vela solar: Una vela solar es un método de propulsión para sondas y naves espaciales alternativo o complementario al uso de motores. Las velas solares captan empujes producidos por fuentes externas a la propia nave, de manera que ésta no necesita transportar consigo ni motor ni combustible, aligerando considerablemente el peso de la nave, y pudiendo alcanzar así mayores velocidades. Si desea ampliar información, por favor, pulse aquí.
(*3) El Centro de Investigación Ames (ARC, por sus siglas en inglés: Ames Research Center), es un centro de investigaciones de la NASA (National Aeronautics and Space Administration). Nombrada así por Joseph Sweetman Ames y fundada el 20 de diciembre de 1939, como segundo laboratorio de la disuelta agencia NACA (National Advisory Committee for Aeronautics). El ARC se adjuntó a la NASA en 1958. Si desea ampliar información, por favor, pulse aquí.
(*4) Freeman John Dyson es un físico y matemático inglés. Dyson fue galardonado en 1968 con la medalla Hughes, concedida por la Royal Society «por su destacada labor fundamental en la física teórica, y sobre todo en la electrodinámica cuántica». Si desea ampliar información, por favor, pulse aquí.
(*5) Ley de Moore: La ley de Moore expresa que aproximadamente cada dos años se duplica el número de transistores en un microprocesador.
A pesar de que la ley originalmente fue formulada para establecer que la duplicación se realizaría cada año, posteriormente Moore redefinió su ley y amplió el periodo a dos años. Se trata de una ley empírica, formulada por el cofundador de Intel, Gordon E. Moore, el 19 de abril de 1965, cuyo cumplimiento se ha podido constatar hasta hoy. En 1965, Gordon Moore afirmó que la tecnología tenía futuro, que el número de transistores por unidad de superficie en circuitos integrados se duplicaba cada año y que la tendencia continuaría durante las siguientes dos décadas. Si desea ampliar información, por favor, pulse aquí.
(*6) Phased Array Laser: tipo de láser que utiliza un conjunto de espejos rápidamente posicionables para concentrar rápidamente la energía en un rayo láser cohesivo.