Este artículo fue publicado originalmente en Supercluster, un sitio web dedicado a contar las mejores historias del espacio exterior de la humanidad.
Carl Sagan soñaba con navegar por el sistema solar en velas empujadas por ráfagas de luz solar, saliendo de nuestra estrella anfitriona.
Ahora, la Sociedad Planetaria, dirigida por el CEO Bill Nye, "el chico de la ciencia", tiene como objetivo ayudar a hacer realidad este sueño con un satélite no más grande que una caja de zapatos. Estas "velas solares", que han sido probadas solo unas pocas veces, pueden algún día llevar naves espaciales a otros planetas, o tal vez incluso a otros sistemas estelares.
La siguiente fase de la navegación solar se lanzó el 24 de junio, cuando un cohete SpaceX Falcon Heavy despegó de la plataforma de lanzamiento en el Centro Espacial Kennedy de Florida. Escondido dentro de su enorme cono de nariz, entre otras dos docenas de satélites, se encontraba una pequeña nave espacial: un dispositivo del tamaño de una hogaza de pan diseñado para propulsarse por velas gasas que aprovechan la presión de la luz solar.
La nave, denominada LightSail 2, podría ser el comienzo de una nueva era de vuelos espaciales, una en la que las naves espaciales renuncian a los motores de cohetes en los que han confiado durante décadas y navegan elegantemente con los vientos del sol. Aproximadamente siete días después del lanzamiento, LightSail 2 saldrá de su contenedor, extenderá cuatro brazos de 13 pies y desplegará cuatro hojas de Mylar en forma de espejo que colectivamente forman una vela de 340 pies cuadrados con forma de cometa. La siguiente parte es pura magia cósmica.
Según la Sociedad Planetaria, LightSail 2 será la primera nave en navegar estrictamente por la luz mientras esté en la órbita de la Tierra. LightSail luego clavará como un velero para elevar su altitud, lo que le otorgará la distinción de ser la primera nave espacial en navegar a una órbita más alta alrededor de nuestro planeta. Esta hazaña de navegación celestial podría ser un paso más hacia el sueño de Carl Sagan de viajar a través del cosmos en velas reflectantes impulsadas por rayos de luz.
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Si extiendes tus manos hacia el sol, ¿qué sientes? Calor. Pero escondido entre el calor hay una presión tan diminuta que nunca lo notarías. La luz misma ejerce una fuerza, como una brisa ventosa, pero es tan sutil que nunca notarías. En la Tierra es más o menos equivalente a un clip de papel que descansa en tus manos.
Pero en el casi vacío del espacio, incluso una presión mínima puede tener un efecto importante, ya que empuja todo el tiempo, hora tras hora, día tras día. Y a diferencia del combustible para cohetes, hay un suministro de luz solar gratuito y prácticamente ilimitado. Si podemos aprovechar este poder, podemos usarlo; todo lo que necesitamos son velas. Al igual que la gente de mar de las antiguas naves espaciales futuras (y los viajeros espaciales) podrían impulsarse a la vasta extensión cósmica con la ayuda del sol, o al menos así lo imaginó Sagan.
Diagrama de un transbordador espacial que libera una vela ligera desde su compartimento de carga. (JPL) Sagan tuvo una gran visión para el futuro de la exploración espacial, imaginando que los astronautas participarían en regatas intergalácticas, corriendo sus naves espaciales a través del universo aprovechando el poder de la luz de las estrellas. Pero no fue el primero en imaginar a la humanidad navegando por la luz.
Hace cuatro siglos, un cometa cruzó el cielo y captó la atención del astrónomo alemán Johannes Kepler. Se dio cuenta de que la cola del cometa parecía extenderse detrás de él. La luz del sol, pensó, debe calentar el cometa y liberar material de su superficie. Esta astuta observación estimuló a Kepler a pensar que la luz solar podría ser una forma útil de propulsión.
"Proporcione barcos o velas adaptadas a la brisa celestial, y habrá algunos que desafiarán incluso ese vacío", escribió a Galileo en 1608.
Kepler vivió en medio de un renacimiento científico, durante un tiempo en que la humanidad comenzó a darse cuenta de su lugar en el cosmos. La Tierra no era el centro del sistema solar, sino de hecho uno de los muchos planetas que orbitan una de las muchas estrellas. Dado que los barcos, una forma común de viaje en ese momento, son impulsados por los vientos, parece natural que Kepler imagine a las personas navegando por el espacio de la misma manera que los marinos navegan por los mares.
Pero tomaría siglos para que los sueños de Kepler se hicieran realidad.
En 1865, James Clerk Maxwell mostró al mundo que la luz contenía paquetes de energía llamados fotones, y los fotones tenían un impulso que podía transferirse a otros objetos. Si un fotón entrara en contacto con un objeto como una vela solar brillante, transferiría parte de su energía y empujaría la vela hacia adelante.
Varios diseños de velas ligeras. (Raquel Scoggin / Supercluster) Con los avances en cohetería después de la Segunda Guerra Mundial, y con el lanzamiento del Sputnik en 1957, la idea de explorar el cosmos cambió repentinamente de la ciencia ficción a la realidad, y la navegación solar una vez más parecía una forma atractiva de propulsión.
Poco después de su inicio, la NASA comenzó a planificar un grupo de ambiciosas misiones espaciales, que incluyeron la financiación de varios estudios de velas solares. En la década de 1970, se ideó un plan para encontrarse con un cometa, el mismo cometa que Kepler espió en el cielo siglos antes. Esta nave espacial estaría equipada con una vela solar, utilizando la energía del sol para hacer su viaje. Desafortunadamente, el plan fue desechado antes de que pudiera llegar a la plataforma de lanzamiento, pero la idea de la navegación solar continuaría.
Lou Freedman, un ingeniero de la NASA que trabajó en esa misión ahora desaparecida, todavía estaba convencido de que la navegación solar era una forma viable de propulsión. Él (junto con Carl Sagan y Bruce Murray, ex jefe del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA) cofundó la Sociedad Planetaria en 1980 en gran parte para convertir la navegación solar en una realidad.
"La navegación solar en general ha sido entretejida en el ADN de la Sociedad Planetaria desde antes de que fuéramos fundados", le dice a Supercluster Jennifer Vaughn, directora de operaciones de la sociedad. "Los tres fundadores participaron en las primeras etapas de la navegación solar".
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Descubrir cómo construir una enorme vela solar ultraligera y luego lanzarla al espacio de forma asequible sería un gran desafío. Pero el grupo perseveró, y la primera incursión de la sociedad en la navegación solar finalmente golpeó la plataforma de lanzamiento en 2005 en forma de una nave espacial llamada Cosmos 1. Desafortunadamente, el posible satélite no logró orbitar, cayendo cerca de Rusia en el Mar de Barents. Pasarían diez años más antes de que la Sociedad Planetaria lograra su primer éxito de navegación solar.
Diagrama de una vela solar. (JPL) Los gerentes de la misión volvieron a la mesa de dibujo y decidieron pensar en pequeño para su próximo intento. Los cubesats, que son del tamaño de una barra de pan, habían irrumpido en la escena de los vuelos espaciales, proporcionando una alternativa más barata a los satélites voluminosos tradicionales.
Según Bill Nye, el advenimiento de CubeSats en realidad condujo al diseño actual de la vela cuadrada. "Una vela cuadrada resulta ser un punto de partida bastante bueno y un diseño bastante bueno", dijo Nye a Supercluster.
La nave resultante, denominada LightSail 1, era una versión reducida de Cosmos 1. Este mini satélite del tamaño de una caja de zapatos se lanzó en 2015, enganchando un cohete Atlas V y volando para orbitar junto al avión espacial clandestino X-37B de la Fuerza Aérea. .
Una vez en órbita, LightSail 1 demostró que podía desplegar con éxito su vela en el vacío del espacio. Pero el pequeño satélite se enfrentó a una miríada de problemas, incluidos problemas de software, pérdidas de señal y problemas de batería en el transcurso de su misión. Después de un tiempo tumultuoso en órbita terrestre baja, la pequeña nave desplegó su homónimo: cuatro brillantes velas de mylar, lo que demuestra que puede caber una vela ligera completa en un pequeño paquete.
A pesar de sus contratiempos, como demostración de tecnología, LightSail 1 fue un éxito. Para celebrar, transmitió la mejor selfie. Pero también hizo que la gente mirara hacia arriba, tratando de detectar la nave mientras se elevaba sobre la Tierra. Nye incluso pudo ver el pequeño satélite brillando en la noche cuando pasaba sobre el cielo contaminado de luz de la ciudad de Nueva York.
Con muy pocas partículas para frenar una vela ligera con arrastre, podría acelerar una nave espacial a velocidades muy altas con el tiempo. (Raquel Scoggin / Supercluster) Llegar a este punto fue un gran logro para la Sociedad Planetaria, una organización sin fines de lucro formada para ayudar a avanzar en la ciencia y exploración espacial. "El espacio saca lo mejor de nosotros", dice Bill Nye. "Hace un llamamiento a todas las personas y todas las nacionalidades".
Más de 40, 000 miembros de la Sociedad Planetaria han apoyado esta misión (y el desarrollo de la navegación solar), donando de $ 5 a más de $ 1 millón para financiar la organización.
"Es increíblemente raro que uno tenga la oportunidad de participar en las primeras etapas de una nueva tecnología de propulsión de naves espaciales", dice Bruce Betts, gerente de la misión LightSail. “No hay tantos. Estar en las fases iniciales, los primeros pasos de la navegación solar, es todo un honor ".
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Con los años, mientras la Sociedad Planetaria ha estado construyendo sus veleros, otros en todo el mundo también han zarpado.
Se lanzó una misión de prueba de 2015 llamada CubeSail, construida por el Centro Espacial Surrey en el Reino Unido, pero no se implementó correctamente. Otras tres pequeñas misiones de vela, NanoSail-D de la NASA, CanX-7 de Canadá e InflateSail de Surrey, tuvieron cierto éxito, pero al igual que LightSail 1, sus misiones se limitaron a la órbita terrestre baja.
Diagrama de una vela solar. (JPL) Japón ha tenido el mayor éxito con la navegación solar hasta el momento, ya que es una embarcación de cometa interplanetaria acelerada por la radiación del sol (IKAROS) lanzada en órbita alrededor del sol en 2010. Una vez en el espacio profundo, abrió una brecha de 46 pies Vela cuadrada y, por primera vez en la historia, comenzó a dirigir y cambiar su velocidad con el poder del sol.
La nave espacial también tenía células solares incrustadas en su vela en forma de cometa para generar electricidad. No se esperaba que las células produjeran mucha energía durante el vuelo, sino que ayudaron a servir como banco de pruebas para futuros motores de propulsión iónica.
IKAROS pasó los siguientes tres años midiendo su aceleración debido a la ligera presión. También probó varias formas de controlar su movimiento utilizando cristales líquidos (que se asemejan a una pantalla electrónica LCD) incrustados en la vela que podrían ajustar la reflectividad de la nave y cambiar su velocidad. La electricidad que fluye a través de los paneles aumenta la reflectividad, lo que permite que la nave espacial acelere hacia adelante, al tiempo que apaga el flujo hace que la presión de la luz solar sea más difusa.
Los funcionarios espaciales japoneses dicen que IKAROS pudo ajustar tanto su curso como su orientación antes del final planeado de la misión en 2015. Se perdió el contacto con IKAROS, pero el seguimiento posterior muestra que la vela solar continúa girando alrededor del sol entre la Tierra y Venus, y la forma de su órbita continúa cambiando como resultado de los cambios en la presión ligera.
Pero junto con sus éxitos, los datos de IKAROS muestran que todavía tenemos un largo camino por recorrer antes de darnos cuenta de todo el potencial de la navegación solar. La Sociedad Planetaria espera que si todo va según lo planeado, LightSail 2 ayudará a convertir las velas solares en un método confiable, de bajo costo y de cero propulsor para volar por el espacio.
A partir de ahí, las posibilidades son casi ilimitadas. Con una vela ligera, una nave espacial podría ir a la luna, a los asteroides, a Júpiter, en cualquier lugar donde sopla el viento de la luz, sin usar combustible.
