Un largo viaje a través de las estrellas

José Pedro Laverde Estrada

Enrique Ortiz Álvarez

¿Qué criterios tiene que cumplir un transporte interplanetario para poder mudar a la humanidad a través del universo?

N° de palabras: 3791

Introducción

Todos hemos visto la película de Interestelar, una gran historia sobre la salvación de la humanidad. En algún momento del siglo XXI, el planeta se encuentra en crisis, los ingenieros ya no son requeridos en la tierra, la exploración espacial y la NASA ya no son de ayuda, ahora lo único que importa es producir nuestra propia comida, la agricultura. En un momento de desesperación, la NASA funciona entre las sombras, trabajando en la salvación de la Tierra.

Un hombre llamado Joseph Cooper se embarca junto con otros 3 astronautas en una misión desesperada en busca de un nuevo hogar para la raza humana. La NASA lo tenía bien claro: salvar a la humanidad o empezar de cero en un nuevo planeta para conservar la especie, sacrificando a los suyos. La película gira en torno a la familia de Cooper y su deseo de encontrar un nuevo hogar para ellos. Mientras pasan los años, la hija de Cooper, Murph, se involucra en los proyectos en la Tierra para lograr transportar a la humanidad a otro planeta junto con el Dr. Brand. A lo largo de esta gran travesía, Cooper logra obtener los datos necesarios para llevar a la humanidad a bordo de una nave y se los hace llegar a su hija. Aquí es cuando queda inconsciente y despierta de repente a bordo de una nave orbitando Saturno.

A pesar de lo increíble que es esta película, quedan muchas dudas sin contestar al final. Se vió muy fácil el hecho de poner a toda la humanidad a bordo de una nave e ir a orbitar otro planeta, todo eso pasa en segundos de la película, pero ¿qué implicó salvar la humanidad para ponerla en una nave?, ¿cuáles fueron las dificultades?, ¿hubo limitaciones?, ¿hubo gente que se quedó?, ¿realmente era la mejor opción?, ¿qué pasó con la Tierra?. A lo largo de esta monografía veremos el lado realista de dicha hazaña y analizaremos únicamente la nave que sería utilizada para transportarnos al espacio y la que será el hogar de la humanidad durante un largo tiempo.

Marco teórico

Antecedentes:

i.- ISS

La estación espacial internacional (ISS por sus siglas en inglés) lleva aproximadamente 7,300 días en órbita y casi 7,000 teniendo una tripulación humana dentro de ella, siendo así la estación que reúne a astronautas e investigadores que vienen de las principales agencias espaciales del mundo como la NASA de E.E.U.U., la ESA de europa, JAXA de Japón, Roscosmos de Rusia, entre otras. Esto convierte a la ISS en la exploración espacial más políticamente compleja de toda la historia.

Actualmente se encuentra en órbita la expedición número 57 que llega a la ISS y se espera que se quede en ella hasta el dia 20 de diciembre del 2018, esto es un claro reflejo de cómo desde hace más de 15 años ha habido grupos de personas que llegan a vivir en el espacio demostrando así que es posible mantener vida fuera de nuestro planeta.

ii.- Stephen Hawking y Breakthrough starshots.

“Esparcirnos por el espacio es la única manera de salvarnos de nosotros mismos. Estoy convencido de que los humanos necesitan dejar la tierra”.

Esta frase fue dicha por el famoso astrofísico Stephen Hawking en el “Festival Stramus” de física en Noruega. El británico, famoso por su predicción teórica de agujeros negros en el espacio, propuso que los humanos deberíamos de establecer una base en la luna y seguir con otra en marte. El creía que nos estamos quedando sin espacio en la tierra y que “el calentamiento global es una gran amenaza contra la humanidad deberíamos de empezar a buscar nuevos mundos, nuevos sistemas solares”. El apoyó en varias ocasiones al proyecto “Brakethrough Starshots” que es básicamente una teórica nueva tecnología que permite llevar pequeñas naves propulsadas por luz que hacia Alpha Centauri, que es el sistema solar más cercano al nuestro, en aproximadamente  20 años. Estas naves podrían llegar a velocidades de 100 millones de millas por hora y nos permitirían obtener no solo imagenes de planetas como el recientemente descubierto Próxima B sino también información como datos sobre los campos magnéticos de estos planetas.

iii.- SpaceX y Elon Musk

El inventor y físico, CEO de la compañía Space Exploration Technologies (SpaceX) entre otras, Elon musk, ha anunciado a través del Congreso de Aeronáutica Internacional que para el 2022 estará llevando la la primera tripulación de 100 personas a Marte a través de SpaceX “Haciendo a los humanos una especie interplanetaria".

Este plan se llevará a cabo gracias al “Sistema de Transporte Interplanetario” que está siendo desarrollado por la compañía por medio de un sistema de cohetes reutilizables que estarían llevando a la tripulación fuera y dentro de órbita sin necesidad de sacrificar partes. El cohete bautizado como BFR (Big Fucking Rocket) contará con una potencia estimada de 127.800 kilonewtons durante el despegue y un sistema de paneles solares capaces de generar hasta 200 kW de potencia durante el viaje, éste se realizaría a unos 100 km/h aproximadamente.

La altura de la nave será de unos 122 metros y un diámetro de 17 metros. Está estimado que ésta transporte entre 100 y 200 personas cada 26 meses y será la nave más grande jamás construida.

Con esto, Elon Musk planea hacer una comunidad marciana de no menos de 1 millón de personas, lo cual está estimado que se logre en alrededor de un siglo.

iv.- Teoría Warp: IXS Enterprise

En 1994, el físico mexicano, Miguel Alcubierre, propuso una nueva teoría que nos permitiría viajar 10 veces más rápido que la velocidad de la luz sin realmente romperla ni las leyes de Einstein.

Es cierto que nada en el universo viaja más rápido que la velocidad de la luz, entonces para viajar 10 veces más rápido que ella no sería prácticamente imposible si fuéramos nosotros los que se están moviendo. Es por eso que la teoría del Warp propone que en lugar de movernos nosotros, sea el espacio-tiempo el que se deforme a nuestro alrededor para así poder trasladarnos en el universo. Cabe mencionar que esta es una teoría permitida por la Teoría de la Relatividad de Einstein. La teoría consiste en una nave espacial que en la parte frontal contraiga el espacio-tiempo, mientras que en la posterior lo expanda, para así lograr un avance rápido.

Las ideas de Alcubierre implican una serie de interesantes experimentos de pensamiento en la teoría cuántica de campos, sin embargo, muchos científicos piensan que la tecnología no funcionará. Deformar el espacio requiere mucha masa y energía, y garantizar que el espacio no se tuerza es muy complicado. En realidad, la proposición de Alcubierre no era más que un experimento cuando fue propuesto por primera vez, él nunca se imaginó que fuera una tecnología viable.

El científico Sean Carroll dijo: “En resumen, requiere densidades de energía negativas, que no pueden ser refutadas estrictamente, pero que probablemente sean poco realistas; la cantidad total de energía es probable que sea equivalente a la masa-energía de un cuerpo astrofísico; y los campos gravitacionales producidos probablemente desgarrarían cualquier nave. Mi estimación personal de la probabilidad de que alguna vez podamos construir un “disco warp” es mucho menos del 1%. Y las posibilidades de que ocurra en los próximos cien años las pondría en menos del 0,01%.”

Sin embargo, en 2010, un el científico de la NASA, Harold White, anunció que él y su equipo están trabajando en un diseño de una nave capaz de viajar con la teoría Warp llamada IXS Enterprise.

v.- Asgardia

El científico ruso, Igor Ashurbeyli, en octubre de 2016 anunció sus planes de formar la primera nación independiente del mundo operando en el espacio. Desde ese momento, miles de personas se han inscrito para ser ciudadanos de Asgardia.
Ashurbeyli dijo que la misión del proyecto es proporcionar una "sociedad pacífica" y así poder ofrecer un acceso fácil a las tecnologías espaciales, y a su vez proteger a la Tierra de amenazas espaciales como asteroides y desechos humanos. "Realmente quiero ser capaz de ver si los seres humanos podemos tener más oportunidad de expresar nuestras opiniones. En la sociedad en la que vivimos ahora todo parece ser el capitalismo o el comunismo, hay mucho conflicto.”

Lo sorprendente fue cuando en las primeras 40 horas del anuncio del proyecto, a través del sitio web de Asgardia, más de 100.000 personas solicitaron la ciudadanía, y después de tres semanas tenía 500.000 solicitantes. Esto se debe a que cualquier persona mayor de 18 años y con una dirección de correo electrónico podían inscribirse, sin importar su pasado. Posteriormente, el número de ciudadanos se redujo debido a que se impusieron mayores requerimientos para la ciudadanía hasta llegar a un alrededor de 211.000 miembros de 217 países de entre 18 y 35 años.

El plan de ir al espacio de Asgardia es a través de una serie de satélites. De hecho el Asgardia-1, el primero de ellos, fue lanzado en órbita de la Tierra el 12 de septiembre de 2017. Por el momento la compañía ha estado lanzando datos de las primeras personas en inscribirse al programa, y se espera que para el 2025 se haga el primer viaje de personas.

Es evidente que aún queda mucho trabajo por hacer, pero los primeros pasos ya se están dando para una nueva colonia espacial más cercana a nuestro hogar que Marte.

vi.- Programa HAVOC

La NASA ha anunciado que está trabajando actualmente en una misión tripulada conceptual a Venus llamada HAVOC (High Altitude Venus Operational Concept). Es cierto que Venus no es un destino muy popular entre los entusiastas del espacio debido a lo que han demostrado numerosas misiones en las últimas décadas al planeta, queda claro que el planeta no es un paraíso debido a sus temperaturas extremas, su atmósfera tóxica y corrosiva y a sus presiones aplastantes en la superficie, pero a pesar de esto la NASA no da por descartado al planeta debido a su cercanía.

La idea de la NASA no es aterrizar en la superficie del planeta, sino dar uso su densa atmósfera como base para la exploración debido a que entre los 50 y 60 km de altitud, la presión y la temperatura de Venus son comparables a las de ciertas regiones de la atmósfera de la Tierra. La misión es un plan a largo plazo y es por eso que no se ha anunciado una fecha aún, primero todo dependerá del éxito que tengan las primeras misiones al planeta. Es satisfactorio decir que con la tecnología que se cuenta hoy en día, la misión es posible. El plan es simple: utilizar naves espaciales que puedan mantenerse volando en la atmósfera durante largos periodos de tiempo.

El concepto es que las naves floten alrededor del planeta siendo empujadas por el viento ya que éstas estarían llenas de gases respirables menos densos que la atmósfera de Venus como el oxígeno y el nitrógeno para darle flotabilidad.

Uno de los problemas de Venus es la acidez del entorno, pero ya se cuentan con materiales resistentes a esta como el teflón y algunos plásticos que podrían utilizarse para el revestimiento exterior de la aeronave. Es cierto que la atmósfera de Venus no es la ideal para el desarrollo del ser humano, pero el hecho de estar dentro de un planeta cercano a la Tierra entusiasma a muchos ya que por lo menos se está alejado de otros riesgos que conlleva hacer una comunidad espacial.

vii.- Programa Aurora ESA

La ESA de la mano con la Unión Europea (European Space Agency) ha abierto el programa Aurora en el 2001 con el objetivo de explorar el sistema solar y el universo, promover el desarrollo de tecnologías y fomentar en jóvenes el interés por la ciencia y la tecnología. Y desde que se inició el programa, tanto la industria como diversos círculos académicos han llegado a proponer numerosas ideas innovadoras para una futura exploración espacial.

En el 2001, la ESA realizó una solicitud de sugerencias sobre futuras exploraciones, sobre las cuales recibió más de 300 respuestas. A consecuencia de lo anterior, decidieron realizar otra “demanda de ideas” en el 2002 sobre la tecnología necesaria para poder realizar las misiones ya propuestas. Cabe mencionar que todas las propuestas vinieron acompañadas de una estimación de su duración y su coste y viabilidad.

Entre las sugerencias recibidas destacan la investigación de Plutón, el establecimiento de una estación de lanzamiento en la Luna y la exploración humana de Marte. El programa Aurora se encarga de evaluar detenidamente la viabilidad de todas las ideas recibidas para después incentivar a la industria europea para desarrollar la tecnología necesaria para llevar a cabo estas ideas de misiones.

Todos los estudios que se llevan a cabo en el programa Aurora funcionarán posteriormente para presentar la oferta a la Unión Europea para decidir en cuáles se invierte y en cuáles no. En los estudios realizados para un posible viaje tripulado al planeta rojo se encontraron los siguientes requerimientos: frenos de aire, navegación y aterrizaje precisos, sistemas de propulsión que permitan realizar viajes más rápidos y económicos; y sistemas de apoyo que posibiliten la vida humana en entornos espaciales hostiles. Gracias a las investigaciones de Aurora nos podemos dar cuenta que un viaje interplanetario es posible si se cuenta con los recursos necesarios.

Transporte interplanetario

I.- Propulsores y energía

La energía es una de las partes más importantes que debe de tener la nave ya que es ella la que nos estará moviendo en el espacio durante muchos años. Se han estado utilizando motores, cohetes para la propulsión de las naves espaciales, estos motores generan un empuje que surge de la quema de combustible que usualmente es queroseno o hidrógeno líquido y logran generar un empuje que depende principalmente del combustible que está quemando, pero en el mejor de los casos puede alcanzar velocidades de 4462 m/s (usando la mezcla de hidrógeno líquido con oxígeno líquido). A pesar de que el motor es muy eficiente se han estado desarrollando nuevos métodos para viajar en el espacio algunos de ellos llegan a utilizar energías renovables como la vela solar.

Las velas solares funcionan de una mera parecida a una vela de mar ya que estas utilizan elementos externos a la nave para generar un empuje como lo son la presión lumínica generada por el sol o el plasma también generado por el viento solar. Lamentablemente el empuje de estas velas es muy poco  y no sería muy eficaz para mover la nave.

Hay que tener en claro que en el universo hay una gran limitante en la velocidad según Einstein ya que él, con su teoría de la relatividad general menciona que nada puede ir más rápido que la luz, la cual se mueve a 300 millones de metros por segundo. No fue hasta 1994 cuando el físico mexicano Miguel Alcubierre publicó su teoría de propulsión por curvatura o propulsión warp la cual explica cómo es posible llegar de punto A al punto B de una manera mas rapida que la velocidad de la luz sin violar la ley de la relatividad general. Este modelo plantea un distorsión en el espacio-tiempo capaz de alejar el punto A y acercarte al punto B, todo esto sin tener que moverte de donde estas parado. Entonces en vez de tener que ir de un punto a otro lo que estarías haciendo es alejar un punto y acercar el otro. Esto es teóricamente permitido por la relatividad general pero a la hora de la práctica presenta un problema ya que es necesario utilizar energías negativas y basándonos en el concepto también presentado por Einstein:

E=mc2

Donde E  representa energía, m representa masa y c representa velocidad de la luz. Para tener energía negativa es necesario tener una masa negativa pero hoy en día es prácticamente imposible llegar al supermercado y comprar -10 kilogramos de tortillas.

La teoría de Alcubierre no debe de ser descartada ya que está bien fundamentada simplemente se tiene que encontrar una manera de llevar esto de la teoría a la práctica.

II.- Comodidades

Desde la creación, el ser humano siempre ha dependido de un vasto número de factores biológicos encargados de su sostenibilidad en la tierra. Elementos simples desde pequeños microorganismos para la descomposición de comida hasta la atmósfera capaz de captar el calor del Sol han sido sumamente importantes para nuestro desarrollo. En el caso de una migración fuera del planeta, muchos serían los factores a tomar en cuenta para la supervivencia de la gente fuera de su hábitat natural.

Hoy en día, astronautas de la ISS utilizan sistemas sintéticos para sustituir procesos naturales como la filtración de agua por plantas o bacterias a través de sistemas millonarios. Sin embargo, para la supervivencia a largo plazo de una humanidad completa, no se puede depender de sistemas ‘sintéticos’. Cabe mencionar que astronautas de la ISS están entrenados para vivir en un ambiente ‘sintético’ acostumbrados a vivir entre cuatro paredes llenas de cables, la estética y las condiciones fuera de lo natural no son algo a lo que toda una humanidad pueda ser acostumbrada.

Una idea propuesta por diferentes científicos es la creación de un pequeño ecosistema dentro de una nave para simular las condiciones de la Tierra. Un experimento realizado por la Universidad de Arizona llamado Biosphere 2, en el que se intentó desarrollar tal simulación arrojó resultados desesperanzadores. El proyecto culminó cuando los niveles de oxígeno cayeron, desatando una serie de problemas como plagas y pestes dentro del mismo ecosistema. Está claro que es prácticamente imposible recrear exactamente las condiciones de un planeta dentro de una nave espacial, muchos serían los aspectos a tomar en cuenta para que todo salga bien, y su trascendencia a través de los años hasta llegar al destino sería crucial para el éxito de la misión, pero si ya hay un grupo de 6 personas capaces de sobrevivir meses en el espacio en condiciones totalmente distintas a las de la Tierra, lo que se es capaz de lograr en un futuro es prometedor.

III.- Materiales

Para lograr el cometido de llevar a la humanidad a otro planeta diferente a la tierra será necesario un medio de transporte el cual debe de ser construido de los materiales más duraderos y ligeros que sean conocidos. Esto no es algo nuevo, ya que desde hace años existen grupos de científicos que se han dedicado al desarrollo de nuevos materiales.

Está claro que los materiales que se necesitan para el transporte interplanetario no pueden ser cualquiera es necesario que cumplan con una serie de características para poder realizar el viaje de una manera segura. Las naves de hoy en día utilizan principalmente la fibra de carbono y diferentes aleaciones de titanio, aluminio y magnesio. Estos materiales le dan estructura y resistencia a las naves pero, ¿serán estos materiales suficientes para llevar a la humanidad a otros planetas?, ¿resistirán acaso los cambios drásticos de presión y temperatura a los que se enfrentarán?. Lo que buscan los desarrolladores de estos materiales es crear un material que sea como un hueso humano ligero pero a su vez tan fuerte que puede llegar a cargar el peso de una persona.

Se deben de tomar en cuenta muchos aspectos desde las altas temperaturas al salir de la atmósfera y su contraste con las bajas temperaturas del espacio, cómo reaccionan a la falta de oxígeno y humedad, y los cambios de presión para el desarrollo de nuevos materiales que sean rígidos y resistentes. En estos últimos años se han descubierto nuevos materiales basándose principalmente en la fibra de carbono, uno de ellos es el grafito termostático el cual está hecho básicamente de grafito, el mismo que se encuentra en las puntas de los lápices, solamente que éste es expuesto a diferentes procesos de calor y aplicación de tensiones que hacen que las láminas de grafito se ordenen de una manera paralela una a otra con muy poco espacio entre ellas, 0.34 nanómetros para ser exactos, el resultado es impresionante un material ligero como la puntilla de un lapicero pero resistente como un metal. Este material ya se está empezando a implementar en la construcción de naves espaciales y está arrojando buenos resultados.

El desarrollo de nuevos materiales es verdaderamente importante para futuros viajes interplanetarios, es por eso que tantos científicos de la tierra se encuentran trabajando en su investigación y experimentación con ellos, tanto así que la ISS puso a disposición diferentes módulos en la estación donde pueden ser puestos a prueba los materiales que son desarrollados aquí en la tierra. La Investigación de Ciencia de los Materiales o MSRR-1 por sus siglas en inglés, es utilizada para realizar investigación al comportamiento de diferentes materiales como metales, aleaciones, polímeros, semiconductores, cerámicas, cristales y vidrios  en un ambiente de microgravedad y utilizar los resultados de estas investigaciones para darle nuevos usos a esos materiales.

IV.- Lugar de construcción

Tomando en cuenta que toda la humanidad debe de entrar en esa nave, las dimensiones de esta tendrían que ser parecidas a las del planeta por lo que es prácticamente imposible construir un planeta dentro de otro planeta. Pero lo que sí es posible es hacer las piezas o etapas de la nave en la tierra y después ensamblarlos en el espacio.

Después de ensamblar la nave en el espacio es necesario llenarla con la tripulación está debería de ser previamente seleccionada por diferentes criterios. Una vez teniendo esa selección de tripulantes deberá de ser llevada hacia la nave por medio de otras naves más pequeñas, para que este proceso sea más eficiente podemos tomar en cuenta el concepto de SpaceX en el que reutilizan los cohetes para ahorrar gastos en material perdido.

Conclusiones

En conclusión, sabemos que un viaje al espacio implica demasiados criterios a tomar en cuenta desde factores y características de la nave como el diseño, la propulsión, los materiales utilizados en ella y hasta la misma logística de cómo tripularla, hasta factores del mismo espacio como la temperatura, la presión, etc. Es necesario tomar todo esto en cuenta antes de iniciar con la misión y estar preparados para diferentes situaciones que se puedan presentar a lo largo del viaje ya que una vez estando ahí no hay vuelta atrás.

Hoy en día los viajes espaciales están dejando de ser una fantasía, sin embargo aún hay muchas tecnologías que no se han terminado de desarrollar y no sabemos qué nuevas tecnologías pueden aparecer en el futuro las cuales nos pueden facilitar la ejecución de este viaje.

La demanda de los viajes espaciales es baja, por lo tanto los costos llegan a ser muy altos, es por eso que hacer todo esto posible es una gran inversión y seguramente sólo será posible con la cooperación de varios países y agencias espaciales.

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