Velero solar
El velero solar es un tipo de nave espacial equipada con una vela de enormes dimensiones que recoge el empuje generado por la luz que incide sobre ella.
Contrariamente a lo que se suele creer, este tipo de vela no es propulsada por el viento solar, entendido este como el flujo constante de fotones y otras partículas que cualquier estrella emite hacia el exterior. Una vela solar convencional, basada en la reflectividad del material en el que está construida, no aprovecha la totalidad de este viento solar, sino únicamente la radiación electromagnética, los fotones.
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Funcionamiento
La luz, aunque carente de masa, sí tiene momento cinético. Al incidir sobre la vela, la luz es reflejada y de esta forma transfiere parte de su cantidad de movimiento a la nave, generando impulso, una ligera aceleración. Curiosamente, el resto de partículas que forman el viento solar podrían atravesar la vela sin interactuar con ella, siendo, no obstante, una peligrosa radiación para la tripulación.
El empuje que genera este sistema es minúsculo, del orden de una millonésima de newton por cada metro cuadrado expuesto a la presión de la radiación; pero es constante, barato (gratuito, en realidad) y acumulativo. En las condiciones de ausencia de rozamiento del vacío del espacio, cualquier velocidad que se adquiera, por mínima que sea, se mantendrá indefinidamente.
Una nave lanzada al espacio en las inmediaciones de la Tierra tardará varias horas en obtener una velocidad que un coche alcanza en pocos segundos, días o semanas dependiendo de su masa y de su superficie de vela. Sin embargo, se estima que en tan sólo cien días, una nave propulsada con una vela solar puede alcanzar los 10 mil km/h, 36 mil km/h en un año y 100 mil km/h después de tres años, lo que le permitiría alcanzar Plutón en menos de cinco años.
Como ventaja adicional, resulta que todas las tecnologías implicadas en el diseño y construcción de estos veleros están actualmente a nuestro alcance, por lo que estos vehículos son (o serían) relativamente baratos de construir.
Inconvenientes
Sin embargo, los veleros tienen algunos inconvenientes.
En primer lugar, son naves necesariamente ligeras y delicadas. De ser lanzadas desde tierra, necesitarían de otro vehículo auxiliar que las situara en órbita de manera segura, donde ya podrían desplegar el velamen y comenzar su funcionamiento normal.
Si se estableciesen como método de transporte entre planetas, se harían necesarias instalaciones orbitales para poder transbordar la carga útil desde la superficie del planeta.
En segundo lugar, la presión que genera la luz, además de ser muy reducida, disminuye conforme nos alejamos del sol según una relación cuadrática: la máxima eficiencia solo se consigue en la parte interna del sistema.
Además de su baja aceleración, su maniobrabilidad es también reducida. Una nave que partiese del exterior del sistema con la intención de viajar hacia el sol (en contra de la radiación) tendría una dificultad similar a la de una galera romana tratando de avanzar en un mar en calma y contra el viento. Con la navegación solar sólo es posible acelerar hacia el exterior del sistema, en dirección contraria a la fuente de luz que proporciona el impulso. Esto permite utilizar una vela solar como sistema de frenado cuando una nave viene del exterior, pero hace imposible navegar “proa al sol”. Cuando se quiere cambiar bruscamente de dirección o navegar acelerando en contra de la presión de la radiación es necesario utilizar algunas estrategias como plegar o cambiar la orientación de una vela de kilómetros cuadrados de superficie, con la enorme complejidad y dificultad que tal operación conlleva.
Tipos de vela
De acuerdo con su capacidad de maniobra existen tres tipos de vela solar: circular, heliogiro y cuadrada.
Vela circular
Es la más sencilla. La vela se comporta en este caso como un simple paracaídas hinchado por la presión de la radiación. La maniobrabilidad de esta nave es muy reducida: solo puede cambiarse la dirección cambiando la posición del centro de masas del sistema respecto del vector de impulsión. Por el contrario, es el modelo más ligero y más sencillo de construir y desplegar.
Heliogiro
El heliogiro se basa en desplegar la vela solar como los pétalos de una flor, mediante el giro continuo del anillo que las contiene. La fuerza centrífuga se encarga de soltar y mantener tensas las velas. La maniobrabilidad del velero se consigue modificando en las direcciones adecuadas los paneles de las velas, que son rotativos respecto de su eje principal, como las aspas de un helicóptero.
El sistema no está exento de inconvenientes. La rotación que tensa las velas y proporciona gravedad artificial genera también un momento de giro que estabiliza por efecto giroscópico el desplazamiento. Modificar la configuración de los paneles a la velocidad suficiente como para poder generar un impulso diferencial, necesario para ejecutar cambios de dirección en el desplazamiento, requiere vencer la inercia de los mismos que, aunque compuestos de un material finísimo, tienen una superficie inmensa.
Vela cuadrada
Se llaman así porque su superficie está organizada en forma de paneles que pueden abrirse y cerrarse independientemente para generar impulso diferencial, como las lamas de una persiana. Es el modelo más maniobrable, pero presenta el inconveniente de necesitar de una estructura más o menos rígida para soportar la mecánica de los paneles, lo que aumenta la tara del vehículo, disminuyendo la capacidad de carga.
Impulso auxiliar
Un recurso para evitar los problemas inherentes a la navegación solar es el empleo de naves mixtas, que utilizan la vela solar para desplazarse en condiciones favorables, pero dotadas de un propulsor auxiliar de otro tipo para maniobrar.
Normalmente este será necesario solamente para escapar de la órbita de un planeta, donde las escasas aceleraciones de la vela solar penalizarían con un retraso de semanas la operación, o en condiciones de emergencia en las que es necesario conseguir un tiempo de respuesta más rápido que el de los paneles.
Láser
Un velero solar está capacitado para recoger cualquier tipo de radiación luminosa, no únicamente la proveniente de una estrella. Por eso, un posible sistema para mejorar la navegación intrasistema o aumentar la capacidad de aceleración de estas naves es la utilización de un intenso rayo láser que proporcione impulso de forma adicional.
Un generador láser en órbita alimentado por energía nuclear o solar mandaría un rayo a la nave en cuestión, que recogería el impulso en sus velas. Este tipo de alimentación podría ser utilizado en distintas misiones y una red de estos generadores en puntos estratégicos del Sistema Solar podría permitir una navegación más o menos fluida dentro del mismo.
Apuntar el láser a grandes distancias requiere gran precisión ya que existe un prolongado lapso temporal entre apuntar y hacer blanco. Un haz a Marte tardaría diez minutos en llegar y hay que tener en cuenta que debe acertar sobre un objeto en movimiento.
Otra idea es la utilización de un láser para suministrar energía a un motor iónico e incluso térmico. La ventaja es que la nave no acarrearía consigo la fuente de energía ahorrándose el peso de la misma. Cuando las distancias fueran enormes se podría utilizar una vela parabólica para concentrar luz solar o luz láser sobre células fotovoltaicas que alimenten el sistema.
Este procedimiento puede proporcionar aceleración constante e independiente de la trayectoria, incluso posibilita moverse en contra de la presión de la radiación solar. Soluciona igualmente el problema de la baja intensidad de la radiación luminosa en el sistema solar externo.
Como inconvenientes, la aceleración que proporciona el láser es proporcional a su potencia (e inversamente proporcional a la masa de la nave). Si queremos aumentar la aceleración, es necesario utilizar más potencia, que se traduce en un incremento del calentamiento de la vela, ya que algunos de los fotones que inciden sobre la misma no son reflejados, sino absorbidos, y eso la calienta. Claro, que en medio del intenso frío espacial, esto puede no ser un inconveniente si se consigue aprovechar este calor para mejorar la habitabilidad de la nave.
Conclusión
En conclusión, los veleros solares ofrecen la alternativa más económica posible a la navegación estelar. Son baratos, eficientes y tecnológicamente sencillos. Sus inconvenientes son su baja capacidad de aceleración y su lento tiempo de respuesta a la maniobra, pero si se las dota de un impulsor auxiliar estos problemas quedan muy minimizados.
Veleros solares en la ciencia ficción
La primera referencia en la ciencia ficción a velas impulsadas por la luz del sol es de los franceses Fora y Grafinia, en su novela Extraordinarias aventuras de un sabio ruso, publicada entre 1889 y 1896, aunque no fueron tomads en serio hasta que Friedrich Zander propuso el concepto. Sobre todo por aquellos autores más comprometidos con una visión realista en sus historias.
En La paja en el ojo de Dios (1974) de Larry Niven y Jerry Pournelle, se nos describe una sonda espacial dotada por una vela circular que durante la fase inicial de su periplo es impulsada por un potente rayo láser. La intensidad del láser empleado es tal que el color de la estrella de partida cambia durante el periodo de impulsión, de varias décadas, dando lugar al nacimiento de una religión.
Junto con la estatocolectora, este es un de los tipos de nave preferido por Niven, quien en Historias del Espacio Conocido (1975) nos relata la guerra Kzin-Humanidad. Al iniciarse el conflicto, los humanos parecían presa fácil al no poseer impulsores de fusión, pero la utilización de los propulsores láser de las velas de fotones como armas ofensivas de gran precisión modificó el cariz de la situación.
Arthur C. Clarke también utiliza con frecuencia este modelo. En Las fuentes de Paraíso (1979), en medio de la construcción de un ascensor espacial, hay un capítulo entero dedicado a una sonda robot extraterrestre en forma de velero solar.
Un ejemplo de nave mixta lo tenemos en El mundo al final del tiempo (1990), de Frederik Pohl, que utiliza una vela de fotones para abandonar el planeta de origen, propulsión por aniquilación materia-antimateria en el trayecto intermedio y frenado solar en el planeta de destino.
Bruce Sterling en Crystal Express (1989) muestra varios tipos de velas como circulares desplegadas mediante estallidos de gas o heliogiros. Otros ejemplos de heliogiros los tenemos en Mundos en el Abismo (1988), de Aguilera y Redal.
Las velas circulares, por su sencillez así como por sus limitaciones, han sido preferidas para la manipulación de grandes objetos con escasas necesidades de maniobra, como la sugerida en Armaggedon (1998) para desviar el asteroide en curso de colisión con la Tierra. El sistema, como indica el comité de científicos, sería perfectamente válido, siempre que se dispusiera de tiempo suficiente para desplegarlo. Por su parte, en A través del mar de soles (1984), Gregory Benford describe un sistema de terraformación de un planeta por bombardeo de asteroides de hielo propulsados por velas solares desde una factoría automática.
Pero el velero solar por excelencia es el Diana, de El viento del sol (1963), de Arthur C. Clarke. En este fantástico relato sobre velas solares, auténtico tratado sobre el tema, aparecen diversos tipos de velas y se nos explica de forma amena su compleja maniobrabilidad durante una regata.
| Velocidad: | Baja (Velocidades no comparables a c) | Alta (Velocidades superiores a un décimo de c) | Supralumínica (Velocidades superiores a c) |
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