Estatocolectora
La estatocolectora, ramjet o motor Bussard es un tipo de nave espacial que se vale de una draga magnética para recolectar materia en el espacio a medida que avanza, principalmente hidrógeno ionizado, que le vale posteriormente como combustible y masa de reacción.
Esto, teóricamente, aumenta de forma indefinida su autonomía, al no necesitar repostar.
Tabla de contenidos
Funcionamiento
El esquema presentado por Robert W. Bussard en 1960 proponía la utilización del hidrógeno interestelar como combustible y masa de reacción de una nave espacial. Para recolectar esta materia sería necesaria una draga magnética que recogiera los átomos de una gran región del espacio y los condujera hasta el reactor de fusión.
La densidad de materia en el espacio interestelar se calcula, aproximadamente, en un átomo por metro cúbico, principalmente hidrógeno. Lamentablemente, sólo una pequeña fracción de este hidrógeno está presente en forma ionizada, la única susceptible de ser conducida por un campo magnético hasta la boca del colector.
Además, la materia recogida debe ser suficiente para mantener una reacción nuclear autosostenida y esto determina dos características esenciales del motor Bussard: una gran área de barrido frente a la nave, para acumular el mayor número posible de átomos y una velocidad mínima de funcionamiento que se cifra en torno al 1% de la velocidad de la luz, ya que, a mayor velocidad, más materia capturada por la draga.
Maniobrabilidad
Dado que el motor Bussard no funcionaría por debajo de esa velocidad mínima, se hace necesario dotar a la nave de un impulsor adicional que la acelere hasta esa velocidad.
Otra característica fundamental de la estatocolectora es que su motor principal sólo funciona en una dirección de desplazamiento, es incapaz de frenar. Acelerar consiste en lanzar materia hacia atrás para salir impulsados hacia delante (reacción). Frenar, por el contrario, supone lanzar materia hacia delante, en la dirección del movimiento, para obtener una reacción hacia atrás, lo que interfiere con el funcionamiento de la draga.
La solución pasaría por dotar a la nave de motores independientes para la impulsión principal, el sistema de frenado y el sistema de maniobra.
Reactor de fusión
El núcleo de la estatocolectora lo constituye su reactor de fusión, que puede ser de dos tipos: reacción autosostenida o reacción pulsante.
Reacción autosostenida
El esquema original optaba por una reacción continua autosostenida que quemase el combustible al tiempo que lo iba recolectando. Este tipo de reacción requiere que la energía producida sea suficiente para mantener el proceso de fusión sin añadir energía externa.
Plantea algunos problemas, fundamentalmente relacionados con el combustible necesario para este tipo de reacción, deuterio y tritio, cuya ventaja es que su fusión tiene lugar a unas temperaturas relativamente bajas comparadas con las de la fusión del hidrógeno normal.
El deuterio es relativamente escaso en la naturaleza: sólo uno de cada 6.700 átomos de hidrógeno corresponden a este isótopo. En el enrarecido medio interestelar este problema puede resultar incluso más acuciante. El tritio, por su aprte, es un isótopo radiactivo con vida media de doce años, pero fácilmente producible.
El inconveniente es que como subproducto de la fusión se producen neutrones, partículas sin carga que no pueden ser manejadas mediante campos magnéticos como sucede con los subproductos de la fusión del deuterio con helio 3 (combustible de los reactores pulsantes). Es necesaria la utilización de un material de recubrimiento del reactor que absorba esos neutrones, como por ejemplo el boro o grafito. Estos materiales acaban "calientes" y sería necesario cambiarlos al final del viaje.
Reacción pulsante
Una estrategia que permitiría eliminar parte de este problema sería utilizar la draga para extraer combustible del medio interestelar, pero no quemarlo en una reacción autosostenida, sino almacenarlo y utilizarlo para generar impulso mediante una reacción pulsante, de deuterio con helio 3, parecida a la que describimos al hablar de las naves de fusión, que produce helio 4 y protones, susceptibles de ser manejados mediante campos magnéticos para producir impulso.
Aparte de la ventaja de eliminar la producción de los peligrosos neutrones, esto permitiría a su vez solucionar el problema del frenado, porque la nave podría invertir la dirección de sus motores principales y utilizarlos para decelerar o para moverse en desplazamientos locales intrasistema quemando el combustible almacenado.
Draga
La draga magnética es la característica fundamental de la estatocolectora.
El combustible básico de la estatocolectora es el hidrógeno interestelar que la nave recoge mediante un campo magnético. Debido a la baja densidad del medio, este campo debe cubrir un área inmensa, del orden de decenas de miles de kilómetros, y ser de considerable intensidad. Además, sólo una pequeña fracción del hidrógeno presente está en forma ionizada, la única susceptible de ser conducida por un campo magnético hasta la boca del colector.
Para resolver este problema, se han propuesto dos soluciones:
Laser ionizante
Consistiría en el empleo de un láser de ionización que generase varios conos anidados de luz coherente por delante de la nave. Al incidir sobre algún átomo, el haz laser puede arrancarle electrones mediante el aporte energía suficiente para que estos escapen de la atracción del núcleo.
El átomo quedaría ionizado, cargado eléctricamente, siendo susceptible al campo magnético de la draga.
Efectos magnetohidrodinámicos
Mediante la utilización de campos magnéticos pulsantes de enorme intensidad se podría llegar a interactuar con la materia no ionizada a través de efectos magnetohidrodinámicos. Un campo del orden de un millón de Gauss podría interactuar con el momento magnético que generan los electrones al girar en torno al núcleo, lo que a su vez permitiría la manipulación del átomo en cuestión.
Conclusiones
La estatocolectora ofrece el mejor camino posible para la exploración interestelar, con una alta capacidad de aceleración, autonomía casi indefinida y que no plantea excesivos problemas de protección.
Sin embargo también tienen sus inconvenientes.
Algunos autores han planteado que los campos magnéticos que se utilizan para canalizar la materia al embudo del reactor en realidad tienden a apartar esta materia de la trayectoria de la nave.
Además, al igual que cualquier motor basado en la fusión nuclear, es un sistema muy vulnerable: un fallo de unos microsegundos en los campos de contención y la nave se convertirá en una bola de plasma en expansión.
Otro importante problema procede de las enormes velocidades desarrolladas. Para un navío que se mueve a velocidades superiores a un décimo de la velocidad de la luz, el choque con la más insignificante partícula de polvo es una catástrofe. El simple choque con átomos sueltos a estas velocidades podría suponer la erosión del casco y la muerte de la tripulación debido a la radiación desprendida de los mismos, lo que hace necesaria la utilización de protecciones de algún tipo no incompatible con el funcionamiento de la draga.
Las estatocolectoras siempre han sido unas naves muy apetecibles dentro del mundo de la ciencia ficción, en particular, para los escritores de ciencia ficción dura que la han elegido como la forma más racional de viajar largas distancias, pero también por los curiosos problemas que puede plantear su mal funcionamiento.
Por ejemplo, Poul Anderson, en su novela Tau Cero, nos narra el viaje de una nave estatocolectora que a mitad de camino sufre una colisión con una nube de materia en condensación y pierde su capacidad de frenado. Sin embargo el motor de propulsión sigue funcionando al no poder desconectarse los campos electromagnéticos que recolectan la materia, ya que son los mismos que le sirven de protección. Los tripulantes se ven abocados entonces a acelerar continuamente en busca de un lugar en el que la densidad de materia sea lo suficientemente baja como para desconectar los escudos de protección y proceder a la reparación de la nave al tiempo que experimentan los efectos relativistas derivados de una velocidad cada vez más cercana a la de la luz.
Con frecuencia también se hace hincapié en el carácter generacional de este tipo de naves, como en el caso de Efímeras, de Kevin O’Donnell Jr. El ciborg que pilota la nave desconecta por error el reactor de fusión, con lo que la nave queda privada de empuje y un viaje que debería haberse completado en pocos años se convierte en un largo periplo inacabable.
Gregory Benford es un autor al que le ha seducido mucho este tema. Aparte de su relato Efectos relativistas homenaje a Tau Cero, en su novela Redentora narra las peripecias de una nave estatocolectora que es asaltada por una nave pirata más rápida que la luz. Sigue un esquema próximo a Efímeras, con un ciborg como piloto de la nave, una tripulación mínima y con el resto de los colonos hibernados o transportados en forma de material genético. Este esquema, hibernación y piloto superhumano, es el óptimo desde el punto de vista de tiempo de tránsito, pues permite las aceleraciones más altas para alcanzar las velocidades relativistas que disminuyen el tiempo-nave de viaje. Esta solución se utiliza también en Sudario de estrellas, donde las comunicaciones y los viajes personales se llevan a cabo mediante naves taquiónicas más rápidas que la luz, mientras que el transporte de mercancías, con menos requisitos de soporte vital y tiempo de tránsito más prolongado, está encomendado a las naves estatocolectoras automáticas.
Otro gran paladín de las estatocolectoras en la ciencia ficción es Larry Niven. En la saga de Mundo Anillo nos cuenta que la civilización que construyó esa estructura utilizaba estatocolectoras para el transporte de mercancías entre el Mundo Anillo y los sistemas estelares que los habitantes del mismo utilizaban como bases de suministro.
Niven retoma el tema de las estatocolectora en Un mundo fuera del tiempo con un planteamiento ciertamente original: en lugar de moverse a baja velocidad dentro del sistema planetario y acelerar en el espacio interestelar, la nave aprovecha la riqueza de materia en los alrededores de una estrella para acelerar y desarrollar una trayectoria a velocidad constante en el espacio exterior. El rendimiento del motor es perfecto pero no queda claro cómo se protege de los choques contra partículas interestelares durante la fase inercial del viaje, durante la cual los campos electromagnéticos están desconectados para no gastar energía.
Por ultimo, en cuanto a ciencia ficción española, en la novela de Aguilera y Redal Hijos de la Eternidad aparece una nave estatocolectora gobernada por un tandem biológico y cibernético: un ordenador super avanzado que trabaja junto con un delfín modificado genéticamente. Esta nave forma parte de una flota de miles de naves del mismo tipo construidas en órbita con propósitos de colonización, donde los pasajeros viajan despiertos durante siglos.
| Velocidad: | Baja (Velocidades no comparables a c) | Alta (Velocidades superiores a un décimo de c) | Supralumínica (Velocidades superiores a c) |
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