Resumen
Este artículo propone un medio de propulsión diferente
a los carburantes usuales en el espacio. Esto es con la finalidad de alargar la
vida de los satélites y de aliviar el peso que los tanques y motores producen
en ellos. El artículo se divide en una introducción donde se expone brevemente
la evolución histórica de la carrera espacial en el aspecto de propulsión.
Luego se expone un desarrollo basado en investigaciones y experimentaciones no
solo de los Estados Unidos, sino de Rusia, Japón y países Europeos en materia
de propulsión alternativa a los carburantes. Por último las conclusiones las
cuales prevé que el futuro las naves
espaciales estarán impulsadas por velas solares.
Introducción
Desde el inicio de la era espacial, el hombre ha
buscado una alternativa para impulsar los cohetes sin necesidad de llevar un
carburante que le agrega un peso adicional y que le limita la vida útil al satélite. Actualmente existen tres
alternativas a la propulsión con carburantes. La primera y que actualmente está
a prueba, los motores iónicos. La segunda la propulsión fotónica que está en
fase de experimentación y es el tema fundamental de esta investigación y la
tercera la propulsión plasmica.
Desde 1903, Kristian Birkeland propuso que las
perturbaciones magnéticas que acompañaban a las auroras boreales eran causadas
por grandes corrientes eléctricas.
Campos
electromagnéticos generados en las auroras boreales
Posteriormente estas corrientes se
conocieron como “electrojects aurorales”. Esto desencadenó un debate porque había
algunos autores que afirmaban que estas corrientes se originaban en la ionósfera
y no en el espacio. En 1969 Schield, Dessler y Freeman propusieron una teoría
de cómo esas corrientes se podían generar en el espacio. Ese mismo año Naoshi
Fukushima en Japón apuntó que esas "corrientes de Birkeland"
conectadas a la ionósfera serían casi “invisibles” desde el suelo, produciendo
solo una pequeña perturbación magnética, debido a que los campos magnéticos
contribuían a cancelarse en varias partes de su circuito.
Desde la evolución de la carrera espacial
los científicos notaron que el espacio exterior no era totalmente vacío, sino
que existía un viento suave que era perceptible en las aeronaves espaciales y
los satélites que orbitan la tierra.
Desarrollo
Este artículo propone la energía fotónica del sol como
medio propelente para el posicionamiento de los satélites. Utilizar solo el empuje
de la luz solar como medio de propulsión... la idea parece fantástica, pero es
perfectamente realizable.
Képler observó que la cola de los cometas no es una
estela que deja a lo largo de sus trayectorias, sino que siempre se extiende en
sentido opuesto al sol, y atribuyó este fenómeno a una fuerza de repulsión
ejercida por el sol que rechazaba unas partículas expulsadas por el cometa. Mas
tarde en 1870, Maxwell predijo que la luz ejerce una presión sobre los objetos.
Esta predicción se confirmó experimentalmente a principios del siglo pasado.
Los fotónes solares reflejados por un espejo situado cerca de la Tierra ejercen sobre éste
una presión de 9 micronewtons por metro cuadrado, unos diez gramos-peso por hectárea. Esta
fuerza, aunque parece despreciable, no lo es si se aplica a un objeto de gran
superficie y poca masa situado en el espacio exterior, en condiciones de
ausencia de rozamiento.
El sol producirá sobre la más ligera vela solar imaginable
una aceleración de unos cuantos milímetros por segundo cuadrado, miles de veces
menor que la producida por un cohete. La vela solar utiliza esta presión de
forma parecida a como lo hace la vela de un velero que usa el viento terrestre
para propulsarse.
Los velámenes solares son, esencialmente, enormes espejos de tela reflectora muy fina.
Los fotónes de la luz solar rebotan en esa superficie y dan a la vela un
empujón suave que, en teoría, propulsa la nave.
El
inconveniente es el tamaño que deben poseer las velas. Sin embargo se están
estudiando distintos tipos de diseño ya que la vela debe ser suficientemente
grande para ser una superficie reflectora eficiente y no demasiado grande para
que no sea maniobrable.
Vela
redonda tipo persiana fuente:
Esta vela debe consistir en una lámina de material
reflectante, como puede ser el filme mylar usado para proteger el vehículo
espacial del sobrecalentamiento, una armazón de vigas para mantenerla extendida
y transmitir su presión al vehículo y un mecanismo que permita la movilidad de
la vela.
.
Satélite
con velas solares
Es importante
que la lámina sea reflectora como un espejo. Reflejar la mayoría de la luz,
casi dobla la presión cuando la vela se encara frontalmente hacia el Sol. Pero,
más importante, la vela, debe tener movilidad y así poder inclinarse en ángulo
hacia los rayos del Sol, para poder impulsarse en una dirección determinada. Cuando
la vela se enfrenta frontalmente hacia el Sol, la presión de la luz
contrarresta el empuje del Sol y solo permite que el satélite lo rodee en una
órbita ligeramente grande. Sin embargo, colocándola con un ángulo, puede situar
al satélite en una órbita espiral hacia dentro o hacia fuera.
Giro
de acuerdo a la presión fotonica y orientación de la vela
Aunado a este diseño eficiente de la vela que
se está buscando, está el sistema mecánico que acciona el posicionamiento de
las velas para que estas se encuentren en la dirección adecuada para recibir
los rayos solares. Es posible que se tengan dos juegos de velas a diferentes
niveles o mejor que las velas se puedan direccionar independientemente para que
accionado el sistema de posicionamiento, su orientación al sol y a la tierra
permita ir en la dirección adecuada para reposicionar el satélite en su orbita.
Lo que nos quedaría por resolver seria el empuje
inicial, para que la vela responda a esta presión solar. Para ello podríamos
usar las estaciones terrenas que le dan
posicionamiento al satélite. El satélite
se reporta periódicamente a ellas y verifica su posición. Si el detecta que se está saliendo de la orbita, desplegaría
las velas y las direccionaría hacia la estación terrena próxima. En la estación
terrena existe un reflector que apunta a la orbita del satélite. El satélite
envía un haz de rayos laser hacia la estación quien con un cierto ángulo
reflectará el haz laser que apunta a la trayectoria del satélite y así darle el
empuje inicial necesario para vencer la fricción inicial y las velas
comiencen su propulsión. El satélite debe estar en una posición de
frente al sol e igualmente a la estación
terrena. Esto nos daría las regiones cercanas a los polos como punto de inicio
de la propulsión. Si el satélite va a estar en el lado oscuro de la tierra, las
otras estaciones terrenas ayudaran a la propulsión enviando la reflexión del haz
laser a las velas de manera constante hasta que el satélite estabilice su
aceleración y velocidad y así poder
hacer la maniobra necesaria para corregir su orbita. Esta maniobra llevaría un tiempo, posiblemente meses,
en realizarla ya que la propulsión por velas es lenta. Una vez alcanzada la corrección, las velas se
repliegan y el satélite sigue su curso.
Satélites
reflejando haz laser
La ventaja de las velas solares estriba en que la
presión que ejerce la fuente fotónica sobre las mismas es constante.
Las velas
solares ya han sido probadas tanto por la NASA como por la agencia espacial japonesa. La
idea, sin embargo, no es nueva. Ya la contemplaba hasta el director de cine
George Lucas, que para la última trilogía de la Guerra de las Galaxias equipo
una nave muy similar a la Cosmos 1 con propulsión
fotonica y velas solares.
Aeronave
cosmos 1
En la
actualidad en Estados Unidos se llevan a cabo pruebas con diferentes diseños
para velas solares y la
Sociedad Planetaria , un grupo sin fines de lucro, prepara el
lanzamiento de su primera vela solar.
Los hermanos
Benford: Gregory Benford, de la
Universidad de California, y James Benford, quien opera la
firma Microwave Sciences de
investigación aeroespacial en Lafayette (California), trabajan en un proyecto
en el que se irradiaría energía de
microondas desde la Tierra
para que impacten en las moléculas volátiles de una pintura formulada
especialmente y aplicada en la vela.
Conclusión
A través del
tiempo el hombre en su búsqueda de explorar nuevos horizontes, ha inventado
maneras de conseguir un combustible ideal, limpio y que no genere tóxicos. El
sol con su energía fotonica y térmica han estado siempre allí, para ofrecerla,
no solo existe esta posibilidad fotonica
para propulsar las naves, también existe la energía del plasma, que se denomina el cuarto estado,
y que es la liberación de electrones de los átomos convirtiéndolos en iones.
Como se puede concluir no existe diferencia entre una vela solar y una marina,
en el aspecto de propulsión y maniobrabilidad para impulsar una nave en una
dirección, que no sea la presión de la energía fotónica o el viento. Para
llegar a estos avances se debe acortar el espacio que existe entre la ficción y
la tecnología, para que esta pueda ser aprovechada. Entonces al igual que Colón en sus viajes de exploración,
las naves interestelares se propulsarán con velas.
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