Naves espaciales
Las naves espaciales han sido siempre uno de los estandartes de la ciencia ficción. La Space Opera sería un género muy mermado sin la posibilidad de efectuar vuelos interestelares y la ciencia ficción dura se encontraría privada de una rama de sumo interés en los últimos tiempos, la colonización de otros mundos, si no se pudiera contar con el viaje interplanetario.
Las naves espaciales utilizadas en uno u otro género son muy diferentes, por supuesto, sobre todo en cuanto a su pausibilidad y a su posibilidad de materialización con la actual tecnología.
Es obvio que el grado de desarrollo del saber científico en el momento de realización de la obra ha sido el que ha marcado la evolución del concepto de nave espacial y ha diversificado los métodos de propulsión. Así nos encontramos con diferentes tipos de propulsión que se corresponden con el nivel de especulación y de conocimiento característico de cada autor.
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Cuando todavía era un sueño
Mientras se creyó que las estrellas eran agujeritos en el cielo que dejaban pasar la luz del fuego exterior (hablamos de Platón y su dogmatismo) resultó imposible que nadie se planteara la posibilidad de viajar a ellas.
Fue necesario que se produjera la caída de la doctrina geocentrista para que el ser humano tomara conciencia de que la Tierra era una ínfima parte del Universo, se despertara su espíritu explorador y mirara al exterior en busca de nuevas aventuras, al menos en la imaginación. Es esta la época de la ciencia ficción primitiva.
Parece lógico que fuera Kepler, descubridor de las leyes que describen el movimiento de los astros, uno de los primeros en imaginar un viaje a la Luna en su inconclusa obra de ficción, Somnium (publicada por su yerno en 1634).
Sin embargo, el método de locomoción de Kepler es absolutamente fantástico, a lomos de un espíritu durante un eclipse de luna. Otro tanto se puede decir de Cyrano de Bergerac y sus Estados e imperios de la Luna, un libro más cercano a la sátira y la crítica social que a la especulación científica.
Primeras pausibilidades técnicas: cañones
Desde una perspectiva más realista, los diversos autores han tratado de utilizar la tecnología disponible en la época considerada para llegar a aquellos lugares que se desean alcanzar. Así, en lo inicios de la ciencia ficción moderna, el primer método de propulsión imaginado fue el proyectil balístico, comenzando por la bala de cañón de Münchhausen (1785) y llegando al gigantesco cañón ideado por Julio Verne en De la Tierra a la Luna (1865).
Mientras que la primera es aún una fantasía, la segunda puede ser considerada ya auténtica ciencia ficción. Ciertamente, el francés estaba equivocado en muchos de sus supuestos científicos, pero trata de ofrecer soluciones serias a algunos de los problemas de su método de viaje, como la ausencia de oxígeno fuera de la atmósfera y la compensación de la inmensa aceleración del despegue.
H.G. Wells, en La guerra de los mundos (1898), utiliza un mecanismo semejante y tiene en cuenta además los efectos del tránsito de las naves marcianas a través de la atmósfera. Para minimizar la duración del viaje hace coincidir las fechas de la invasión extraterrestre de modo que ambos planetas se encuentren en el punto más cercano de su órbita. Wells seguiría convencido de las posibilidades del cañon tres décadas después, tal y como dejó reflejado en el guión de La vida futura (1933).
Este tipo de planificación es hoy en día un detalle primordial en las misiones de las agencias espaciales, ya que permite reducir notablemente la necesidad de combustible, aprovechando la posición de los planetas para obtener un impulso gravitatorio.
Aún hoy la idea del cañón continua vigente, si bien bastante modificado, como es el caso de las catapultas electromagnéticas e incluso la propulsión a explosión atómica, conceptualmente idéntica a la explosión química que impulsa la bala.
La realidad actual: cohetes químicos a reacción
Siendo por el momento este tipo de propulsión el único con referentes en la realidad práctica, debería suponerse más abundantes los ejemplos de su uso en la ciencia ficción. Pudo ser así en la ciencia ficción más temprana, antes de generalizarse el uso de la fisión atómica como fuente de energía. Cuando la energía atómica se hizo una realidad, la soñadora mente de los escritores abandonó al viejo cohete como medio de salir de la Tierra.
Aún así se ha convertido en el emblema de toda una época y autores como Ray Bradbury, en Crónicas marcianas (1950), lo asociaron a su obra de una forma casi indisoluble (si bien es posible que el tremendo calor del verano del cohete no fuera producido por combustión).
Los cohetes químicos tienen una autonomía muy limitada debido a su enorme gasto de masa propelente y sería poco probable que nos llevasen mucho más allá de Marte. De hecho, sin poder desterrar totalmente este tipo de impulsor, la NASA está evaluando la posibilidad de construir un cañón electromagnético en la falda de una montaña para auxiliar en el despegue a las lanzaderas espaciales, ahorrando combustible y disminuyendo los riesgos de accidentes.
En La Luna es una cruel amante, Robert A. Heinlein, ya en 1966, utiliza una catapulta electromagnética para acelerar carga desde una base lunar a la Tierra y el mismo mecanismo es usado por Arthur C. Clarke en el relato Maelstrom II, de 1965. Estas obras, alejadas de la fantasía de las revistas pulp, pretenden abordar el tema de la colonización de cuerpos cercanos con cierto rigor científico.
Ciencia ficción especulativa
Pero la ciencia ficción cada vez se ha conformado menos con la tecnología disponible y ha ido elucubrando sobre las posibilidades que ofrecían el desarrollo de tecnologías aún incipientes (como la fisión y la fusión nuclear) y la aplicación de los nuevos conceptos físicos que se iban descubriendo (como la antimateria y las múltiples dimensiones de la realidad).
Motor de fisión nuclear
Entrada la edad de oro, la mayoría de los autores se decantaron a favor de elegir naves de propulsión atómica para sus viajes imaginados. Esto era lógico dado el auge que estaba teniendo este método de producción de energía, una fuente fabulosamente inmensa.
Por ejemplo, Arthur C. Clarke en El fin de la infancia (1953) muestra a dos superpotencias que compiten en la carrera espacial por conquistar la Luna mediante naves de propulsión atómica.
Sin embargo, las naves de fisión no dejan de ser en realidad motores de vapor, ya que utilizan el calor desprendido por una reacción nuclear controlada para evaporar fluido que, expulsado por las toberas de la nave, genera impulso.
Este motor duplica el rendimiento de un cohete químico y el propelente puede ser cualquier líquido susceptible de hervir. Puesto que el combustible nuclear teóricamente debe durar mucho tiempo, una nave propulsada por un motor de este tipo podría llevar a cabo un viaje de diez o doce años sin más que repostar periódicamente masa de reacción.
Sin embargo, este sigue siendo un motor muy limitado con el que no se podrían alcanzar velocidades finales superiores a unos 20 km/s.
Explosión atómica: El proyecto Orión
Buscando un modo de utilizar más eficientemente la energía atómica surgió el proyecto Orión, que consiste en utilizar una explosión atómica para producir plasma, que al chocar contra un plato en el vehículo espacial, generaría un enorme impulso.
La duración del estallido es tan breve que el plato de impulso, de acero o aluminio, apenas sufre un ligero desgaste.
El resultado es un motor con una relación de impulso miles de veces mayor que el de un motor químico. Además, necesita una masa de reacción mucho menor gracias a las altas velocidades que alcanza el plasma.
Sin embargo, un pequeño fallo en el proceso de detonación puede destruir la nave, así como todo lo que haya a su alrededor. Por ende, un tratado internacional prohíbe el despliegue de armas nucleares en el espacio.
Sin embargo, la ciencia ficción ha podido soslayar estos inconvenientes. En la película Deep Impact, la nave construida por los Estados Unidos para interceptar al cometa que va a destruir la Tierra está dotada de un sistema de propulsión Orión, y el plato de impulso se puede apreciar perfectamente en la secuencia de partida de la nave. Esto es un importante acierto en la ambientación científica de la película, ya que con la tecnología actual este sistema es el único que permitiría alcanzar la velocidad necesaria para la maniobra de cita orbital con el cometa.
La fusión atómica consiste, en esencia, en fundir dos átomos de hidrógeno para formar helio, acompañado de un enorme desprendimiento de energía. Las partículas resultantes son altamente energéticas y se mueven a velocidades muy cercanas a la luz que, por tanto, sería el límite teórico de una nave de este tipo.
Al igual que en la fisión, las partículas expelidas que proporcionan el impulso a reacción alcanzan temperaturas elevadísimas, lo que supone un problema a la hora de buscar materiales para fabricar las toberas. Sin embargo, en la fusión se puede ajustar la reacción de modo que los subproductos de la misma sean partículas cargadas en su mayor parte, lo que permitiría encauzarlas mediante campos electromagnéticos.
Gran parte de la energía que libera la fusión debe dedicarse al mantenimiento de estos campos. Aún así, teniendo en cuenta la tolerancia biológica del ser humano a la aceleración (situado en torno a 10 g) el reactor de fusión proporciona energía más que suficiente para alcanzar este límite.
Estas naves son capaces de mantener aceleraciones sostenidas de 1g, emulando gravedad artificial. Al cabo de menos de un año, la nave se desplazaría a un décimo de la velocidad de la luz, lo que supone una opción viable para el viaje interplanetario.
Motores de antimateria
Una fuente energética aún más poderosa que la fusión sería la aniquilación materia antimateria. Este sistema, con una producción teórica de 20.000 billones de julios por kilogramo de combustible, sería el óptimo desde un punto de vista energético para la propulsión de una nave espacial.
En la aniquilación de protones y antiprotones se generan como subproducto piones que son susceptibles de ser manejados mediante campos magnéticos para producir impulso. Estos piones se mueven prácticamente a la velocidad de la luz, por lo que la velocidad final de estas naves es también altísima.
Como se ha mencionado antes, el exceso de energía producida se puede emplear para propulsar naves mucho mayores que las anteriores.
Sin embargo, la antimateria es difícil de producir y altamente inestable, lo que complica su uso. Autores como Joe Haldeman o Stephen Baxter han utilizado la triquiñuela de inventar una fuente natural de la misma, pero ha sido más habitual encontrar el concepto asociado a usos oscuros y milagrosos como en el caso de los motores de la nave Enterprise de saga de Star Trek.
En este caso, un agujero negro controlado sería la fuente energética utilizada para la propulsión.
Sería propuesta por primera vez por Arthur C. Clarke en Regreso a Titán (1975), y luego por Charles Sheffield en Killing Vector (1978). La idea sería posteriormente recogida y actualizada en obras como Horizonte Final (Paul W. S. Anderson, 1997) o en la saga de Star Trek como mecanismo para alimentar el motor de curvatura.
El problema de la autonomía
Las naves de fusión y las de antimateria pueden ser utilizadas como naves interestelares. La gran disponibilidad de energía de la que hacen gala permite construir naves más grandes y confortables orientadas a largos tránsitos. Y sobre todo, tienen una apreciable capacidad de aceleración que permite acortar la duración del viaje.
Sin embargo, presentan aún la necesidad de cargar grandes cantidades de combustible como masa de reacción tanto para acelerar como para frenar, que no consiste en otra cosa que en acelerar en el sentido contrario a la marcha.
El tiempo de tránsito, por lo tanto, no depende de la velocidad máxima teórica que la nave es capaz de desarrollar, sino de la cantidad de combustible que puede cargar. Haciendo un uso óptimo del combustible, la mitad del mismo debe ser utilizado para acelerar. En este punto, se apagan los motores: la nave ha adquirido una velocidad que mantiene constante (al no existir rozamiento en el vacío). Hacia el final del viaje se vuelven a encender los motores, utilizados en este caso para frenar, consumiendo la mitad restante del combustible. (En realidad, para frenar se requiere menos combustible puesto que la nave acarrea menos materia debido al combustible ya gastado).
Por lo tanto, en el punto de llegada la nave necesitaría un reabastecimiento.
Detenerse a repostar por el camino no sería una buena solución. Se da la paradoja de que se produciría un despilfarro de combustible al verse obligada a utilizar para frenar tanto combustible como el consumido para acelerar, que se tendrá que volver a gastar para adquirir nuevamente una velocidad que ya se tenía antes de la parada. Dicho de otra forma: repostar sólo es ventajoso cuando permite acumular mucho más del doble de la masa de reacción empleada en llegar a la estación de abastecimiento.
No obstante, es obvia la necesidad de repostar dada la autonomía limitada de este tipo de naves. En Hijos de la Eternidad (de los españoles Juan Miguel Aguilera y Javier Redal) la III Flota emplea de contenedores de reavituallamiento. Por su parte, la Leonov en 2010, de Clarke, es capaz de reabastecerse en los planetas gaseosos y ahorra combustible en el frenado utilizando la técnica del aerofrenado.
Aún así, como se ha explicado, repostar menos combustible del que se ha gastado es antieconómico en cualquier otro punto del trayecto que no sea la llegada. Eso sin contar la pérdida de tiempo que supone frenar y acelerar de nuevo hasta velocidades elevadas.
Sin posibilidad de repostar, las tecnologías de fusión o aniquilación materia-antimateria tienen un alcance máximo operativo determinado por su capacidad de carga y consumo.
Estatocolectoras
Una solución que se ha propuesto es crear o recolectar el combustible que la nave consume a medida que la misma avanza. Este es el principio en el que se basa la estatocolectora.
El vacío prefecto no existe. La densidad de materia en el espacio interestelar se calcula, aproximadamente, en un átomo por metro cúbico, principalmente hidrógeno, que puede ser utilizado 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.
Para mantener la reacción nuclear es necesario que la materia aportada sea suficiente, lo que implica una velocidad mínima de funcionamiento. A mayor velocidad, más materia capturada por la draga.
Por otra parte, debido a su sistema de recogida, la estatocolectora sólo funciona en la dirección de movimiento, sólo puede acelerar. Así, por diseño, la nave necesita motores independientes para la impulsión principal, el sistema de frenado y el sistema de maniobra que acelere la nave hasta la velocidad de funcionamiento.
Este tipo de motor tiene, por lo tanto, una autonomía teórica ilimitada, pero poca maniobrabilidad y necesita ser asociado a otros sistemas de propulsión auxiliares.
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 un motor de fusión.
Las estatocolectoras han sido profusamente utilizadas en ciencia ficción, como Larry Niven en Mundo Anillo o en Un mundo fuera del tiempo. Mención especial merece la nave Lancer que Gregory Benford describe en A través del mar de soles, por ser en realidad un asteroide modificado, lo que proporciona múltiples ventajas como protección frente a la radiación y abundante materia prima.
Velas de fotones
Otra alternativa al combustible es la aparente regresión tecnológica a épocas pretéritas al motor, como son los veleros de fotones.
Una estrella radia energía hacia el exterior, un flujo constante de fotones y también de otras partículas (partículas que forman el viento solar). Aunque la luz carece de masa, sí posee energía, momento cinético que se transfiera al objeto contra el cual chocan los fotones, por ejemplo, una vela.
El empuje que se genera así es minúsculo, del orden de una millonésima de newton por metro cuadrado expuesto a la presión de la radiación. Pero es continuo y, en ausencia de rozamiento, la mínima aceleración así lograda irá incrementando la velocidad sin pausa.
Su sencillez y su bajo coste hace que la materialización de este sistema esté al alcance de nuestro desarrollo actual.
Burbuja magnética
Similar al anterior, la burbuja magnética es un dispositivo que permitiría el aprovechamiento del viento solar (pero no de los fotones, al contrario que el velero). Similar a como ocurre con la magnetosfera terrestre, la burbuja de la nave recogería el bombardeo de protones del viento solar, generando impulso.
Su tecnología es así mismo sencilla y ofrece ventajas adicionales como la protección frente a la radiación cósmica y la obtención de un empuje constante independiente de la distancia a la fuente que genere el viento de partículas.
El problema de la velocidad
Curiosamente, todas estas tecnologías adolecen del mismo problema, la velocidad, plasmado en sus dos facetas no siempre excluyentes: La baja y la alta velocidad.
Baja velocidad
A baja velocidad, elevados tiempos de tránsito, lo que hace inviable la colonización espacial en el sentido que ahora le adjudicamos. Si una nave tarda decenas o cientos de años en llegar al próximo planeta habitable, se hace imposible la cooperación entre la base y la colonia. No hay posibilidad de comercio ni de gobierno centralizado.
Muchos autores han soslayado este inconveniente mediante el postulado de dispositivos que permiten la comunicación instantánea, como el ansible inventado por Ursula K. Le Guin, o las naves taquiónicas de Sudario de estrellas que permiten la comunicación a velocidades supralumínicas mientras que personas y materiales viajan a las velocidades de la física convencional.
Alta velocidad
Sin embargo, una baja velocidad para el tránsito puede resultar por el contrario excesiva para la maniobra.
Resulta obvio si se considera la fuerza centrífuga que quedaría asociada a un leve giro a velocidades comparables a la de la luz. Modificar ligeramente la trayectoria puede someter a los tripulantes de la nave a aceleraciones muy superiores al límite biológico mencionado más arriba.
Pero aún suponiendo una trayectoria rectilínea a velocidad constante, sin aceleraciones, queda el peligro de las partículas de materia estelar contra las cuales chocaría la nave y que pueden suponer una catástrofe. Suponiendo que la nave se mueve a un décimo de la velocidad de la luz, una partícula de un microgramo impactaría liberando una energía de 450 millones de julios, equivalente a diez toneladas colisionando a más de 1000 kilómetros por hora. El choque contra simples átomos a esa velocidad supondría la erosión del casco y el someter a la tripulación a altas dosis de radiación.
La utilización de escudos aliviaría estos efectos, como en el caso de los mencionados asteroides modificados, los campos magnéticos de la estatocolectora o el escudo de hielo ideado por Arthur C. Clarke en Cánticos de la lejana Tierra. Pero estas protecciones resultarían insuficientes de impactar con algo más grande que una partícula de polvo.
Como conclusión, dada la escala interestelar que estamos utilizando, todas estas naves son lentas, peligrosas y torpes.
Epílogo: medidas paliativas y alternativas
Diversos autores han tratado de especular con estrategias destinadas a superar los inconvenientes del elevado tiempo de tránsito.
Por una parte, hibernación o naves generacionales para asegurarse de que la tripulación llega al destino en condiciones de servir de algo. La comandancia de la nave sería entonces automática o se delegaría en seres de mayor capacidad que la humana, como son robots (caso de la Nostromo de Alien) o ciborgs, como hace Gregory Benford en Efímeras. Esta novela utiliza además un nuevo modo de transportar colonos de forma eficiente, y es en forma de material genético, estrategia repetida muchas veces en otras obras y películas.
Los robots y los ciborgs pilotan mientras la tripulación duerme. Si además añadimos algún tipo de tecnología que permita a estos cuerpos hibernados resistir aceleraciones mayores, obtenemos unas naves más maniobrables y eficientes.
Desde una perspectiva menos rigurosa, superar o evitar la frontera de la velocidad de la luz ha sido un recurso muy utilizado porque permite reducir a horas un viaje que de otro modo podría durar toda una vida.
Surgen así diversas tácticas, unas más científicas que otras, para crear atajos. Portales como los agujeros de gusano, hiperespacio... hacen que viajar de una estrella a otra sea mucho más fácil para los protagonistas, pero no para los ciéntificos e ingenieros que deben diseñar tales mecanismos.
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