🌇 👨🏼‍💼 🛃 ¿A Marte en tres días? 🤶🏽 🕊️ 🙅🏿

A finales de febrero, muchos medios informaron que la NASA había encontrado una forma de volar a Marte y otros planetas a velocidades de la luz. Se trataba del trabajo del profesor de física de la Universidad de California en Santa Bárbara, Philip Lubin (Philip Lubin). El significado de los mensajes era que la NASA, en la persona del profesor antes mencionado, iba a lanzar sondas a los planetas del sistema solar y más allá usando luz láser de la Tierra. Prometieron la entrega de un vehículo de 100 libras a Marte en tres días y otras oportunidades fantásticas. Aparentemente, debido a la aparente amarillez de los titulares, nadie se atrevió a publicar noticias similares aquí y en recursos similares. Me preguntaba qué hay detrás de los titulares y eso es lo que descubrí.

De hecho, la noticia no era tan reciente, algunos medios la publicaron en el verano de 2015. Ahora el ímpetu para este tema ha dado la publicación de un video clip que explica popularmente la tecnología propuesta por el podcast de la NASA 360 (y el posterior reenvío por el sitio Space.com).

Este video no contiene ningún detalle científico y técnico, pero consiste casi en su totalidad en varios fragmentos de los lanzamientos de Shuttle y otros videos espaciales. Solo se dice sobre la tecnología en sí misma que se supone que debe usar propulsión de fotones, es decir, energía de pulso de fotones. De hecho, la idea de un motor de fotones no es nueva en absoluto, sin embargo, los investigadores sugieren un enfoque completamente nuevo: la transmisión del momento se logra al "iluminar" un objeto en movimiento con un rayo láser desde la Tierra o desde la plataforma orbital. Por lo tanto, se propone deshacerse de las reservas de combustible necesarias a bordo del objeto en sí, y se argumenta que tal enfoque logrará velocidades cercanas a la luz.

Philip Lubin es gerente de proyecto para el proyecto DEEP-IN (Propulsión de energía dirigida para exploración interestelar) de la NASA. En abril de 2015, publicó un artículo científico titulado "Una hoja de ruta para el vuelo interestelar" , en el que propuso una tecnología para transmitir el impulso de fotones a una nave espacial utilizando una matriz de láseres instalados en la Tierra, y también proporcionó cálculos que confirman la posibilidad teórica Esta tecnología. En agosto de 2015, la NASA asignó $ 100,000 para futuros estudios de este grupo.

Además, trataré de describir brevemente los puntos principales descritos en este trabajo.

La introducción al trabajo dice que en los últimos 60 años de la era espacial, la humanidad ha avanzado mucho en el desarrollo de la tecnología espacial, con la excepción de las características de alta velocidad de las naves espaciales. Por ejemplo, Voyager-1 logró abandonar el sistema solar solo después de 37 años de vuelo, con una velocidad de 17 km / s, es decir, 0.006% de luz. Claramente, esto no es suficiente para volar incluso a las estrellas más cercanas.

Para la transmisión remota de energía, se propone utilizar el controlador de fotones (controlador de fotones), un conjunto de láseres, clase de kilovatios, con exactamente las mismas fases, que funcionan como una sola fuente de luz. Tal enfoque permitirá abandonar el desarrollo de un único láser superpoderoso, así como sistemas ópticos gigantes (ya que cada láser en la matriz tiene su propio sistema óptico). Una matriz similar se describe en otros estudios por un grupo de investigación llamado DE-STAR (Sistema de energía dirigida para la orientación de asteroides y exploración). Se propone proporcionar energía a la matriz debido a la energía del conjunto correspondiente de paneles solares.

Se propone construir matrices DE-STAR de diferentes tamaños, en una progresión logarítmica a partir de su número. Es decir DE-STAR 1 tendrá un lado de 10 metros, DE-STAR 2 - 100 metros y así sucesivamente. Por ejemplo, las características de una matriz del tamaño máximo DE-STAR-4 y una potencia de 50-70 Gigavatios, que, al estar en órbita terrestre baja, permitirán dispersar un femtosatélite (hecho en forma de un solo cristal, que pesa aproximadamente 1 gramo) con una vela con un lado de 1 metro, hecho desde una película delgada hasta una velocidad de aproximadamente el 26% de la luz en aproximadamente 10 minutos. Tal dispositivo llegará a Marte en 30 minutos, superará a la Voyager-1 en menos de 3 días y alcanzará a Alpha Centauri en aproximadamente 15 años. Como otros ejemplos, se dice que dicha matriz podría acelerar un objeto que pesa 100 kg a aproximadamente el 2% de la velocidad de la luz, y un objeto que pesa 10,000 kg a 1,000 km / s.

Teniendo en cuenta que se necesita muy poco tiempo para acelerar un satélite femtosatélite, después de lo cual una serie de láseres es prácticamente innecesario, en teoría, puede lanzar cientos de tales dispositivos diariamente y ejecutar aproximadamente 40,000 unidades al año, lo que permitirá uno por cada grado cuadrado del cielo ( se estima que la masa total de todos los femtosatélites será de unos 80 kg).

Además, el trabajo proporciona cálculos de la energía necesaria para acelerar objetos a velocidades cercanas a la luz, así como cálculos de los tamaños necesarios de velas para recoger la energía transmitida. También se propone utilizar parte de la energía recibida para las propias necesidades de la nave espacial, lo que por un lado reducirá la eficiencia de la transferencia de energía y, por otro lado, facilitará significativamente el propio aparato. Además, se proporcionan el diseño y los cálculos necesarios para la construcción de una serie de láseres.

Un problema grave puede ser el frenado del dispositivo que llegó al lugar. Para este propósito, se propone utilizar la energía de los fotones emitidos por una estrella, el viento estelar, así como la unión magnética con el plasma de un sistema estelar. Se indica que tomará muchos años de experimentación aprender a usar estas oportunidades, pero las misiones de alcance ahora están disponibles.

Otro aspecto práctico del uso de matrices láser puede ser la comunicación a larga distancia con dispositivos. Por ejemplo, el cálculo se da nuevamente para la matriz DE-STAR-4 con una longitud de onda de 1.06 μm y una potencia de 50 Gigavatios. Se dice que a una distancia de 1 año luz el diámetro del punto de luz será de 2 * 10 ⁶ metros (2,000 km), lo que para una sonda que pesa 100 kg y una antena receptora con un diámetro de 30 metros le permitirá recibir datos a una velocidad de 2 * 10 ¹⁸bit / s (suponiendo que el dispositivo necesita recibir 40 fotones para codificar el primer bit). Al mismo tiempo, con un transmisor láser de 10 W a bordo, el dispositivo podrá transmitir información de manera similar a una velocidad de 1 * 10 ⁹ bit / s (es decir, 1 Gbit / s). Del mismo modo, se calcula que al estar cerca de Proxima Centauri, este sistema de transmisión de datos proporcionará una velocidad de aproximadamente 70 Mbit / s. Es decir la humanidad tendrá la oportunidad de ver en tiempo real una transmisión de video desde un sistema estelar vecino.
Como oportunidades adicionales para usar la matriz láser, se ofrecen propósitos militares y de protección, por ejemplo, protección contra asteroides, así como transmisión de señales a civilizaciones extraterrestres.

Al final del artículo, se dan algunos cálculos para futuras naves espaciales enviadas utilizando una matriz láser con una capacidad de 70 Gigavatios:

1	2	3	4 4	5 5	6 6	7 7	8	9 9
1 g	0,85 m	186 s	4,01 * 10 ⁹ m	4,31 * 10 ⁷ m / s	0,14	6.10 * 10 ⁷ m / s	0,20	2,37 * 10 ⁴ g
10 g	2,7 m	1050 s	1,27 * 10 ¹⁰ m	2,43 * 10 ⁷ m / s	0,081	3,43 * 10 ⁷ m / s	0,11	2,37 * 10 ³ g
100 g	8,5 m	5880 s	4,01 * 10 ¹⁰ m	1,36 * 10 ⁷ m / s	0,046	1,93 * 10 ⁷ m / s	0,064	237 g
1 kg	27 m	3,32 * 10 ⁴ s	1,27 * 10 ¹¹ m	7,67 * 10 ⁶ m / s	0.026	1.08*10⁷ /	0.036	23.7 g
10	85	1.86*10⁵	4.01*10¹¹	4.31*10⁶ /	0.014	6.10*10⁶ /	0.020	2.37 g
100	270	1.06*10⁶	1.27*10¹²	2.43*10⁶ /	0.0081	3.46*10⁶ /	0.011	0.237 g
1000	850	5.88*10⁶	4.01*10¹²	1.36*10⁶ /	0.0046	1.93*10⁶ /	0.0064	0.0237 g
10 000	2.7	3.32*10⁷	1.27*10¹³	7.67*10⁵ /	0.0026	1.08*10⁶ /	0.0036	2.37*10^-3 g
100 000	8.5	1.86*10⁸	4.01*10¹³	4.31*10⁵ /	0.0014	6.10*10⁵ /	0.0020	2.37*10^-4 g

Por lo tanto, el artículo dice que la tecnología propuesta, a pesar de su naturaleza fantástica, es bastante posible en el futuro previsible y es claramente más real que los motores de agujeros de gusano, teletransportación y antimateria. Por supuesto, tomará algún tiempo hasta que las tecnologías se desarrollen lo suficiente como para crear unidades de pesaje de naves espaciales de gramos y los conjuntos de láser necesarios para la aceleración. Para estar de acuerdo con esto o no, todos pueden decidir por sí mismos. Es importante para mí que la NASA también haya visto un grano saludable en este trabajo y esté financiando más desarrollos. Los siguientes pasos pueden ser primero probar en tierra la tecnología para transferir el impulso, y luego probar en órbita los conjuntos de láser de tierra de diferentes potencias.

Como se esperaba, la teoría propuesta tiene oponentes. Además de la imposibilidad técnica de lanzar una nave espacial de este tipo en la actualidad, también se mencionan otras dificultades teóricas y prácticas. Por ejemplo, dicen que la vela láser está muy caliente durante el funcionamiento de la instalación del láser, o que si la vela (y debería reflejar el 99.99% de la energía recibida) refleja 70 Gigavatios de energía en la matriz láser, entonces esta última no será demasiado buena. También mencionan la tercera ley de Newton, según la cual una fuerza de contraataque colosal actuará en la plataforma espacial en la que se instalará el conjunto de láseres (aunque la plataforma misma, según los cálculos de los mismos críticos, tendrá una masa exorbitante de aproximadamente 300,000 toneladas).

En cualquier caso, el tiempo dirá quién tenía razón y quién no.

Pido disculpas por el uso del término "satélite femto" para los dispositivos mencionados en el artículo, ya que el original usa el término "nave espacial a escala de oblea", que no está traducido por ningún término que conozca.

Lista de enlaces:

¿A Marte en tres días?

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