Motores de antimateria y fusión para propulsar naves espaciales

Motores de antimateria y fusión para propulsar naves espaciales
Gracias al anuncio de Dennis Tito para viajar hasta la órbita marciana en unos cuantos años, es fácil imaginarnos como la humanidad tratara de conquistar los diferentes mundos del sistema solar.

Pero una cosa es la imaginación y otra muy diferente enfrentarse a los escollos tecnológicos y de ingeniería a los que deberemos enfrentarnos para lograr llevar a término este sueño largamente perseguido.

En la actualidad, y por muchas naves que hayamos lanzado al espacio, estamos atrapados en la superficie de nuestro planeta, necesitamos una gran cantidad de energía para escapar de este pozo gravitatorio que crea la Tierra y las inmutables leyes de la física nos aseguran que la exploración planetaria siempre requerirá un uso intensivo de la energía.

Las reacciones nucleares de fusión iniciadas por haces de anti-materia podrían impulsar naves espaciales ultra-rápidas en largos viajes antes de final de siglo, dicen los investigadores.

Una nave impulsada por fusión podría alcanzar Júpiter en cuatro meses, así abriéndonos potencialmente partes de nuestro Sistema Solar exterior a la exploración tripulada, según un informe de la NASA del 2010.

En la foto ,los tanques esféricos de la nave Daedalus contienen las cápsulas de combustible para el motor de fusión nuclear. Crédito: Adrian Mann.

Tendrían que superarse una serie de obstáculos –particularmente la producción y almacenamiento de antimateria- para crear una tecnología factible, pero algunos expertos imaginan que podría estar lista en aproximadamente medio siglo.

“Probablemente no es una tecnología que se consiga en 40 años, pero, ¿en 50 o 60? Bastante posible, y algo que tendría un impacto importante en la exploración, modificando el cálculo de masa-energía-coste en la planificación”, dijo Jason Hay, analista sénior de tecnología aeroespacial para la empresa de consultoría The Tauri Group, durante una presentación el 29 de agosto con el grupo de trabajo Future In-Space Operations de la NASA.

El poder de la fusión

El combustible para tal nave impulsada por fusión probablemente consistiría en muchas cápsulas pequeñas que contienen deuterio y tritio; los isótopos pesados de hidrógeno que albergan uno o dos neutrones, respectivamente, en sus núcleos. (Los átomos de hidrógeno común no tienen neutrones.)

Dentro de cada cápsula, este combustible estaría rodeado de otro material, quizá uranio. Se enviaría un haz de antiprotones (el equivalente de antimateria de los protones, que tiene una carga eléctrica de -1 en lugar de +1) a las cápsulas.


Cuando los antiprotones impactasen en los núcleos de uranio, se aniquilarían, generando productos de fisión de alta energía que inician las reacciones de fusión en el combustible.

Tales reacciones –por ejemplo la fusión de núcleos de deuterio y tritio para crear átomos de helio-4 y un neutrón- emiten grandes cantidades de energía que podrían aprovecharse para propulsar una nave de varias formas distintas.

“La energía procedente de estas reacciones podría usarse para calentar un propelente o proporcionar impulso a través del confinamiento magnético y una boquilla magnética”, afirma el informe de 2010, conocido como “Technology Frontiers: Breakthrough Capabilities for Space Exploration”, producido por la NASA con la ayuda de The Tauri Group y otros expertos.

La idea básica no es nueva: el proyecto Daedalus, un estudio llevado a cabo por el Sociedad Interplanetaria Británica en la década de 1970, propuso usar un cohete de fusión para impulsar una nave interestelar. Sin embargo, las reacciones de fusión de Daedalus serían iniciadas por haces de electrones en lugar de haces de antiprotones.

Aún no está aquí

Aunque la fusión mediante antiprotones es una tecnología prometedora, se debe superar varios obstáculos serios para que sea factible, dijo Hay.

Tal vez el mayor desafío sea obtener suficientes antiprotones –que pueden ser producidos en aceleradores de partículas- y almacenarlos el tiempo suficiente para hacer factible un viaje espacial extenso.

Según el informe “Technology Frontiers”, se requerirían unos 1,16 gramos de antiprotones para viajar a Júpiter. Puede no sonar como mucho, pero los niveles de producción actuales se miden en milmillonésimas de gramo.

“Los antiprotones son extremadamente caros; unos pocos gramos costarían varios billones de dólares”, dijo Hay. “Creo que la producción total desde la década de 1950 hasta ahora es del orden de 10 nanogramos”.

Pero la producción de antiprotones aumenta rápidamente, añadió. Por lo que tal vez la tecnología podría ser el próximo gran avance en los sistemas de propulsión espacial, alrededor del año 2060.

“Con un suministro estable de antiprotones y combustible nuclear, la fusión mediante antiprotones puede proporcionar abundante energía para grandes estaciones espaciales, puestos de avanzada y misiones de exploración extensas con sistemas de energía relativamente pequeños”, afirma el informe “Technology Frontiers”.

Pero...¿Qué es la antimateria?

Las partículas de antimateria son partículas subatómicas con propiedades opuestas a las de las partículas de materia “normal”. Por ejemplo, un positrón es la antipartícula equivalente al electrón y tiene carga positiva. Cuando una partícula y su antipartícula se encuentran, se aniquilan, liberando cantidades masivas de energía, según la famosa ecuación de A. Einstein E=mc2, donde E es igual a energía, m es igual a masa, y c es la velocidad de la luz.

Motores de antimateria y fusión para propulsar naves espaciales

Las partículas de antimateria son creadas en las colisiones de alta velocidad. En los primeros momentos después del Big Bang, solo existía energía. Conforme el Universo se enfrió y expandió, se produjeron partículas de materia y antimateria en cantidades iguales.


No obstante, la antimateria es rara en el Universo actual.

Los científicos no están seguros del por qué. Una teoría sugiere que en el comienzo se formó más materia normal que antimateria, por lo que incluso después de su mutua aniquilación hubo suficiente materia normal para formar estrellas, galaxias y a nosotros.


El fenómeno fue predicho por primera vez en 1928 por el físico inglés Paul Dirac. Él propuso por primera vez la existencia de antipartículas cuando obtuvo ecuaciones que funcionarían para un electrón con una carga negativa y un electrón con carga positiva; una antipartícula. Sus predicciones fueron confirmadas experimentalmente en 1932 por el físico estadounidense Carl D. Anderson.

Así que dejando de lado una hipotética terraformación marciana, a menudo pasamos por alto un destino que es igualmente tentador que la visita de otros mundos, el cinturón de asteroides. Para que nuestra economía siga creciendo, necesitamos un abundante depósito de recursos, y estos recursos esenciales se encuentran encerrados en esas rocas espaciales.

Aunque el volumen total es, de hecho, menor que el volumen total de la Tierra, es mucho más fácil acceder a ellos que a las profundidades de nuestro propio planeta, o las de otros mundos.

Los asteroides son ricos en muchos materiales, incluyendo carbono, nitrógeno e hidrógeno. Los asteroides tienen un sorprendente potencial para la minería, algo que ya ha llamado la atención de algunas empresas.

Sin embargo, también es posible que los asteroides puedan convertirse en el hogar de la humanidad, hay cerca de 100.000 millones de estas rocas en nuestro sistema solar y alrededor del 1 por ciento son lo suficientemente grandes como para ser modificados creando algo que podría convertirse en un asentamiento humano.

Mientras que la mayoría de estos asteroides son vagabundos estelares, la mayor densidad de ellos la encontramos entre las órbitas de Marte y Júpiter, por lo que esta región será un objetivo primordial para los futuros pobladores de asteroides.

A esa distancia del Sol, la intensidad solar es de sólo 1/10 que la que recibimos en la Tierra y, sin embargo, sigue siendo suficiente válida para que crezcan plantas, así que nada impediría que en estas rocas puedan desarrollarse cultivos y actividades agrícolas que permitan sustentar a esas lejanas colonias.

Con tantos cuerpos en nuestro sistema solar, se ponen de manifiesto las oportunidades para una amplia variedad de cultivos experimentales y una amplia gama de libertades personales y culturales intrínsecas.

Y no sólo eso, actualmente sufrimos la patología de poner “todos los huevos en un sol cesto”, es decir, si sufriésemos una catástrofe a nivel planetario, podríamos encontrarnos con que la supervivencia de la misma humanidad estaría en juego.

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Fuentes: SPACE
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