El 31 de octubre de 1936, seis jóvenes manitas apodados los «Rocket Boys» estuvieron a punto de incinerarse en un intento de liberarse de la gravedad terrestre. El grupo se había acurrucado en un barranco al pie de las montañas de San Gabriel, en California, para probar un pequeño motor a reacción alimentado con alcohol. Querían demostrar que los motores de los cohetes podían aventurarse en el espacio, en una época en la que tales ideas eran ampliamente recibidas con burla. Ese objetivo se vio interrumpido cuando un conducto de oxígeno se incendió y se agitó salvajemente, lanzando llamas.
La audacia de los Rocket Boys llamó la atención del aerodinamista Theodore von Karman, que ya trabajaba con dos de ellos en el Caltech. No muy lejos del lugar de su ardiente percance, estableció una pequeña zona de pruebas donde los Rocket Boys reanudaron sus experimentos. En 1943, el lugar se convirtió en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL), y von Karman en su primer director. Desde entonces, el JPL ha crecido hasta convertirse en un extenso centro de campo de la NASA con miles de empleados, pero ha logrado mantener su motivación fundacional: probar los límites de la exploración, sin importar la convención.
A lo largo de los años han tenido muchos éxitos. A principios de la década de 1970, los ingenieros del JPL construyeron la Pioneer 10, la primera nave espacial que alcanzó la velocidad de escape del sistema solar. Unos años más tarde, siguieron con los Voyager 1 y 2, los más rápidos de los muchos objetos que apuntan al espacio interestelar. Desde el comienzo de la Era Espacial hasta el lanzamiento de las Voyager -un lapso de sólo dos décadas- los científicos de cohetes duplicaron con creces las velocidades de vuelo. Pero en las décadas transcurridas, sólo una nave espacial más ha seguido a las Voyager fuera del sistema solar, y ninguna lo ha hecho a una velocidad tan alta. Ahora, los cohetes del JPL vuelven a estar inquietos y planean en silencio el próximo gran salto.
El tema constante de los nuevos esfuerzos es que el sistema solar no es suficiente. Es hora de aventurarse más allá de los planetas conocidos, hacia las estrellas. John Brophy, ingeniero de vuelo del JPL, está desarrollando un novedoso motor que podría acelerar los viajes espaciales por otro factor de 10. Leon Alkalai, arquitecto de misiones del JPL, está planeando un viaje lejano que comenzaría con una improbable zambullida al estilo de Ícaro hacia el sol. Y el científico del JPL, Slava Turyshev, tiene quizás la idea más descabellada de todas: un telescopio espacial que podría proporcionar una visión íntima de un planeta lejano similar a la Tierra, sin llegar a ir allí.
Todos ellos son posibilidades remotas (no del todo descabelladas, según Brophy), pero si incluso uno tiene éxito, las implicaciones serán enormes. Los Rocket Boys y sus compañeros ayudaron a lanzar a los humanos como especie espacial. La generación actual del JPL podría ser la que nos lleve al espacio interestelar.
Reacciones de cohete
Para Brophy, la inspiración vino de Breakthrough Starshot, un proyecto extravagantemente audaz anunciado en 2016 por el fallecido Stephen Hawking y el multimillonario ruso Yuri Milner. El objetivo final del proyecto es construir un conjunto de láseres de una milla de ancho que podría lanzar una nave espacial en miniatura a un 20% de la velocidad de la luz, lo que le permitiría llegar al sistema estelar Alfa Centauri (nuestro vecino estelar más cercano) en solo dos décadas.
Brophy se mostró escéptico pero intrigado. Las aspiraciones ambiciosas no son nada nuevo para él. «El JPL anima a la gente a pensar fuera de la caja, y mis ideas descabelladas se vuelven más descabelladas con el tiempo», dice. Incluso según ese criterio, el concepto de Starshot le parecía demasiado alejado de la realidad tecnológica. Pero empezó a preguntarse si podría tomar el mismo concepto pero reducirlo para que fuera realmente factible dentro de nuestras vidas.
Lo que cautivó especialmente a Brophy fue la idea de utilizar un rayo láser al estilo del Starshot para ayudar a resolver la «ecuación del cohete», que relaciona el movimiento de una nave espacial con la cantidad de propulsor que lleva. La ecuación del cohete enfrenta a todo aspirante a explorador espacial con su cruel lógica. Si quieres ir más rápido, necesitas más combustible, pero más combustible añade masa. Más masa significa que se necesita aún más combustible para transportar ese peso extra. Ese combustible hace que el conjunto sea aún más pesado, y así sucesivamente. Por eso se necesitó un cohete de 1,4 millones de libras para lanzar las sondas Voyager de 1.800 libras: El peso inicial era casi todo combustible.
Desde sus días de estudiante de posgrado a finales de los 70, Brophy ha estado desarrollando un tipo de cohetería mucho más eficiente conocido como propulsión iónica. Un motor iónico utiliza la energía eléctrica para disparar átomos cargados positivamente (llamados iones) desde un propulsor a gran velocidad. Cada átomo proporciona una pequeña patada, pero colectivamente pueden empujar el cohete a una velocidad mucho mayor que un cohete químico convencional. Y lo que es mejor, la energía necesaria para hacer funcionar el motor iónico puede proceder de paneles solares, sin necesidad de pesados depósitos de combustible o generadores. Al exprimir más velocidad con menos propulsor, la propulsión iónica contribuye en gran medida a controlar la ecuación de los cohetes.
Pero los motores iónicos tienen sus propios inconvenientes. Cuanto más se alejan del sol, más limitados están por la cantidad de electricidad que pueden generar sus paneles solares. Puedes hacer que los paneles sean enormes, pero entonces añades mucho peso, y la ecuación del cohete te golpea de nuevo. Y los motores iónicos tienen un empuje tan suave que no pueden abandonar el suelo por sí solos; luego tardan mucho tiempo en el espacio en acelerar hasta alcanzar sus velocidades récord. Brophy conoce bien estos problemas: Ayudó a diseñar el motor de iones a bordo de la nave espacial Dawn de la NASA, que acaba de completar una misión de 11 años al asteroide Vesta y al planeta enano Ceres. Incluso con su formidable envergadura de 65 pies de células solares, Dawn pasó de cero a 60 en cuatro días sin prisas.
Ion the Prize
Mientras Brophy reflexionaba sobre este impasse entre los motores eficientes y la insuficiente energía solar, surgió el concepto Breakthrough Starshot, que hizo girar los engranajes de su cabeza. Se preguntó: ¿Qué pasaría si se sustituyera la luz solar por un rayo láser de alta intensidad dirigido a la nave espacial? Alimentado por un láser más eficiente, su motor de iones podría funcionar con mucha más fuerza y ahorrar peso al no tener que llevar su fuente de energía a bordo.
Dos años después de su epifanía, Brophy me da una vuelta por una cámara de pruebas del tamaño de un todoterreno en el JPL, donde pone a prueba un motor de iones de alto rendimiento. Su prototipo utiliza iones de litio, que son mucho más ligeros que los iones de xenón que utilizaba Dawn y, por tanto, necesitan menos energía para alcanzar mayores velocidades. Además, funciona a 6.000 voltios, frente a los 1.000 de Dawn. «El rendimiento de esta cosa sería muy sorprendente si tuviera el láser para alimentarlo», dice.
Sólo hay un pequeño problema: Ese láser no existe. Aunque redujo drásticamente el concepto de Starshot, Brophy sigue imaginando un sistema láser de 100 megavatios con base en el espacio, que genere 1.000 veces más energía que la Estación Espacial Internacional, dirigido precisamente a una nave espacial que se aleje rápidamente. «No estamos seguros de cómo hacerlo», reconoce. Sería, con mucho, el mayor proyecto de ingeniería extraterrestre jamás realizado. Sin embargo, una vez construido, el conjunto podría utilizarse una y otra vez, con diferentes misiones, como un propulsor de cohetes polivalente.
Como ejemplo, Brophy describe una nave espacial alimentada por iones de litio con alas de 300 pies de paneles fotovoltaicos que alimentan una versión de tamaño completo del motor que está desarrollando en el JPL. El láser bañaría los paneles con una luz cien veces superior a la del sol, manteniendo el motor de iones en funcionamiento desde aquí hasta Plutón, a unos 6.000 millones de kilómetros. La nave espacial podría entonces avanzar a su considerable velocidad, acumulando otros 4.000 millones de millas cada uno o dos años.
A ese ritmo, una nave espacial podría explorar rápidamente las zonas oscuras de las que proceden los cometas, o partir hacia el aún no descubierto Planeta 9, o ir… a casi cualquier lugar de la vecindad general del sistema solar.
«Es como si tuviéramos este nuevo y brillante martillo, así que voy buscando nuevos clavos para clavar», dice Brophy con nostalgia. «Tenemos toda una larga lista de misiones que se podrían hacer si se pudiera ir rápido.»
Pozo del Medio Interestelar
Después del genial vértigo de Brophy, resulta chocante hablar con Alkalai, encargado de formular nuevas misiones en la Dirección de Ingeniería y Ciencia del JPL. Sentado en su gran despacho de cristal, parece un administrador sin pelos en la lengua, pero también es un hombre con una visión exploradora.
Al igual que Brophy, Alkalai cree que la gente de Breakthrough Starshot tiene la visión adecuada, pero no la suficiente paciencia. «No estamos ni de lejos donde tenemos que estar tecnológicamente para diseñar una misión a otra estrella», dice. «Así que tenemos que empezar dando pasos de bebé».
Alkalai tiene un paso específico en mente. Aunque todavía no podemos visitar otra estrella, podemos enviar una sonda para tomar muestras del medio interestelar, el escaso gas y polvo que fluye entre las estrellas.
«Me interesa mucho entender el material que hay fuera del sistema solar. En última instancia, nos creamos a partir de eso. La vida se originó a partir de esas nubes de polvo primordiales», dice Alkalai. «Sabemos que hay materiales orgánicos en ellas, pero ¿de qué tipo? ¿En qué abundancia? ¿Hay moléculas de agua? Eso sería enorme de entender».
El medio interestelar sigue siendo poco conocido porque no podemos poner nuestras manos en él: Una ráfaga constante de partículas procedentes del sol -el viento solar- lo empuja lejos de la Tierra. Pero si pudiéramos llegar más allá de la influencia del sol, a una distancia de 20.000 millones de millas (unas 200 veces la distancia de la Tierra al sol), podríamos finalmente examinar, por primera vez, muestras prístinas de nuestra galaxia natal.
Alkalai quiere respuestas, y quiere ver los resultados de primera mano. Tiene 60 años, lo que le impone un calendario agresivo: no hay tiempo para esperar a los gigantescos láseres espaciales. En su lugar, propone una tecnología más sencilla, aunque aún no probada, conocida como cohete térmico solar. Llevaría un gran depósito de hidrógeno líquido frío, protegido de alguna manera del calor del sol, y ejecutaría una impactante inmersión hasta un millón de millas de la superficie solar. En el momento de la aproximación más cercana, el cohete dejaría que el intenso calor solar entrara a raudales, quizás lanzando un escudo. La energía del sol vaporizaría rápidamente el hidrógeno, enviándolo a toda velocidad por la tobera del cohete. El empuje combinado del hidrógeno que se escapa, y la ayuda de la propia gravedad del sol, permitiría a la nave iniciar su viaje interestelar a velocidades de hasta 60 millas por segundo, más rápido que cualquier objeto humano hasta ahora – y sólo se hace más rápido a partir de ahí.
«Es muy difícil, pero estamos modelando la física ahora», dice Alkalai. Alkalai espera empezar a probar los elementos de un sistema de cohete térmico este año, y luego desarrollar su concepto en una misión realista que podría lanzarse en la próxima década. Una década después llegaría al medio interestelar. Además de tomar muestras de nuestro entorno galáctico, una sonda de este tipo podría examinar cómo interactúa el sol con el medio interestelar, estudiar la estructura del polvo en el sistema solar y, tal vez, visitar un planeta enano lejano en el camino.
Sería un viaje, dice Alkalai, «como nada que hayamos hecho en el pasado».
Consigue un vistazo
Los cohetes térmicos solares y los motores de iones láser, por muy impresionantes que sean, siguen siendo absurdamente inadecuados para cruzar el tremendo abismo que hay entre nuestro sistema solar y los exoplanetas, planetas que orbitan alrededor de otras estrellas. En el espíritu de los Rocket Boys, Turyshev no deja que el absurdo le detenga. Está desarrollando una astuta solución: una misión virtual a otra estrella.
Turyshev me dice que quiere enviar un telescopio espacial a una región conocida como lente gravitacional solar (SGL). La zona comienza a unos desalentadores 80.000 millones de kilómetros de distancia, aunque sigue estando cientos de veces más cerca que nuestros vecinos estelares más cercanos. Una vez que uno se adentra lo suficiente en el SGL, ocurre algo maravilloso. Cuando se mira hacia el Sol, cualquier objeto que esté directamente detrás de él aparece estirado, formando un anillo, y enormemente magnificado. Ese anillo es el resultado de la intensa gravedad de nuestra estrella, que deforma el espacio como una lente, alterando la apariencia de la luz del objeto distante.
Si te posicionas correctamente dentro del SGL, el objeto que se amplía desde detrás del sol podría ser un intrigante exoplaneta. Un telescopio espacial flotando en el SGL, explica Turyshev, podría entonces maniobrar alrededor, muestreando diferentes partes del anillo de luz y reconstruyendo los fragmentos de luz doblada en instantáneas de megapíxeles del planeta en cuestión.
Tengo que interrumpirle aquí. ¿Ha dicho megapíxel, como la resolución que se obtiene en su teléfono con cámara? Sí, realmente está hablando de una imagen de 1.000 por 1.000 píxeles, lo suficientemente buena para ver detalles de menos de 10 millas de ancho en un planeta de hasta 100 años luz (¡600 billones de millas!) de distancia.
«Podríamos asomarnos bajo las nubes y ver los continentes. Pudimos ver los patrones climáticos y la topografía, lo cual es muy emocionante», dice Turyshev. No lo menciona, pero no hace falta: Ese tipo de resolución también podría revelar megaciudades u otras estructuras artificiales gigantes, en caso de que existan.
Suponiendo que los cerebros del JPL puedan resolver los problemas de transporte para llegar al SGL, la misión en sí es bastante sencilla, aunque enormemente desafiante. Turyshev y sus colaboradores (Alkalai entre ellos) tendrán que desarrollar un telescopio espacial del tamaño del Hubble,
o una miniflota de telescopios más pequeños, que pueda sobrevivir al viaje de 30 años. Tendrán que perfeccionar una inteligencia artificial a bordo capaz de dirigir las operaciones sin necesidad de que les guíen desde casa. Y, sobre todo, necesitarán un objetivo: un planeta tan intrigante que la gente esté dispuesta a gastar décadas y miles de millones de dólares en su estudio. El telescopio espacial TESS de la NASA está haciendo parte de ese trabajo de reconocimiento en este momento, buscando mundos del tamaño de la Tierra alrededor de estrellas locales.
«En última instancia, para ver la vida en un exoplaneta, tendremos que visitarlo. Pero una misión de lente gravitacional permite estudiar objetivos potenciales muchas décadas, si no siglos, antes», dice Turyshev alegremente.
Un viaje al SGL nos llevaría más allá de los pasos de bebé de Alkalai, bien en el camino hacia la exploración interestelar. Es otro objetivo audaz, pero al menos las probabilidades de incendiarse son mucho menores esta vez.
Corey S. Powell, editor colaborador de Discover, también escribe para el blog Out There de la revista. Síguelo en Twitter: @coreyspowell. Este artículo apareció originalmente en la versión impresa como «Boldly Go»
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