Viatges en Izarra

1987/12/01 Etxeberria, E. Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astronautika

En l'actualitat estem començant a realitzar estudis més enllà de la nostra atmosfera. Les poderoses gravidades de Pioneer 10 i 11 i Voyager 1 i 2 Júpiter ja estan accelerades o estan a punt de sortir del sistema solar. La seva velocitat rondarà els 9 quilòmetres per segon i en aquesta proporció necessitarien milers d'anys per a acostar-se a l'estrella més pròxima.

Podemos anar més lluny i convertir-nos en el veritable examinador de les estrelles? Així doncs, quin mètode de propulsió podríem utilitzar? A quins problemes ens enfrontem?

Llançador i propulsió

Sembla que l'únic mètode pràctic per a llançar un vaixell és el tirador. I l'únic tipus pràctic de llançador que hem trobat és el químic.

Els llançadors químics funcionen segons la tercera llei de moviment de Newton, és a dir, cada acció té la mateixa reacció adversa.

Els llançadors químics cremen combustibles sòlids o líquids i en la cambra de combustió l'oxidant està a una temperatura altíssima. Els gasos de fuita impulsen el llançador a una velocitat molt elevada. Una de les propietats més importants dels llançadors de propulsió és l'embranzida. L'embranzida dels llançadors químics és relativament gran, ja que els gasos de fuita s'eliminen en una proporció molt alta. Però quan estan en l'espai el seu atractiu disminueix perquè consumeixen una quantitat ingent de combustible.

En conseqüència, qualsevol espai que funcioni mitjançant propulsió química ha de reservar de la seva massa inicial una fracció important per al combustible, i no obstant això, el motor manté l'embranzida en molt poc temps degut al ràpid consum de combustible del motor.

En el futur utilitzarem aquest tipus de llançadors. Durant el pròxim segle continuarem utilitzant-lo en esdeveniments de baix nivell i per a manejar l'espai. Però en els viatges interestel·lar els llançadors per propulsió química són totalment inadequats: caldrà posar en joc altres tecnologies.

Fórmula d'èxit

Si tenim en compte les enormes distàncies entre les estrelles, l'espai més ràpid de l'actualitat també té la marxa de la melsa. Pioneer 10, per exemple, aconseguirà una velocitat final d'uns 32000 km/h. En aquesta proporció, el vaixell trigaria 140000 anys a arribar a l'estrella més pròxima si va en direcció directa. No és emocionant. Però una fórmula senzilla ens indica com millorar aquesta situació:

v f = v e log e (m i /m f)

on v f és l'última velocitat del llançador, veu la inicial, la meva massa inicial i mf l'última.

Els llançadors químics poden aconseguir una velocitat inicial de 4 quilòmetres per segon. Perquè la velocitat final sigui alta (m i /m f) la proporció augmenta. Una de les vies per a tallar aquest ràtio de massa (d'aquesta forma, amb la mateixa quantitat de combustible s'obtindria una major massa útil) és l'ús de llançador fraccionat. Cada part pot ser rebutjada després del seu ús. Aquesta pèrdua de masses pot ajudar, però no suficient per a realitzar viatges pràctics interestel·lars.

Els sistemes de llançadors basats en el reactor de fissió nuclear o la conducció iònica ja han estat provats. La idea que hi ha darrere del fissió és bombar un fluid com a hidrogen líquid des del tanc de combustible a través de la zona del reactor nuclear. Aquest fluid es converteix en un gas molt calent que s'expulsa empenyent el llançador. No obstant això, la velocitat resultant no és tan alta com requereix un espai.

Per part seva, el llançador d'ions projecta un corrent de partícules carregades com els ions de cesi, primer accelerant les partícules en un camp elèctric proveït de reactors de fissió. No obstant això, la velocitat de fuita (uns 50 km per segon) és insuficient per al vol a les estrelles.

Algun dia serà possible desenvolupar llançadors d'ions amb velocitats de fuita de 1000 quilòmetres per segon, però aquests llançadors tampoc solucionarien tots els problemes.

La velocitat que necessitaria un espai per a completar el vol interestel·lar pot aconseguir-se utilitzant el llançador de fusió. No obstant això, la generació de reaccions de fusió implica un augment de la temperatura del plasma d'hidrogen en més de 100 milions de Kelvin. Un problema espinós per a corregir en el futur.

Una variació del tema bàsic de fusió és el llançador de pols nuclear, fonament del Projecte Daedalus, el disseny del vaixell proposat per la Societat Interplanetària Britànica.

Viatge a les estrelles

Les reaccions de fusió simples no són l'extrem del problema, ja que en l'escenari apareix també la relativitat d'Einstein. Segons aquesta teoria, l'espai a alta velocitat disminueix el temps al costat d'un objecte a menor velocitat. En els vaixells d'alta velocitat els rellotges circulen més lentament que en la Terra. Però això no és tot, ja que a velocitats tan elevades les mesures s'escurcen i les masses augmenten.

L'escala d'aquests efectes és realment dramàtica a velocitats molt altes. Si l'espai té un 10 per cent de la velocitat de llum, les coses no canviaran molt: Per exemple, els rellotges de Daedalus només perdran 18 segons per hora.

Si la velocitat del vaixell és de tres o quart de la velocitat de llum, les conseqüències de la relativitat són evidents. El temps del vaixell serà de dos terços de la Terra. El vaixell, en la direcció del moviment, es reduirà un terç de la seva grandària i la seva massa serà 1.5 vegades major.

Això, per descomptat, introdueix noves possibilitats: si en un llançador de molt alta velocitat es redueix el temps per als astronautes, les perspectives de viatjar cap a les estrelles es fan més atractives.

Recorrent 270.000 quilòmetres per segon i deixant a un costat la necessitat de temps d'acceleració i deceleración, la tripulació pot arribar a Proxima Centauri en 23 mesos. Si li sumem divuit mesos per a fer l'examen, la tripulació trigarà uns cinc anys a completar tot l'esdeveniment. Però en la Terra passarien onze anys. En viatges més llargs i amb majors velocitats la situació és encara més dramàtica. El sirià seria suficient nou mesos de vida d'astronauta per a desplaçar-se a una velocitat del 99.9 per cent de la velocitat de llum (5.3 parsec). Però quan tornen a la terra, la tripulació de Sirià descobreix que han passat disset anys.

En 17 anys la tecnologia i la societat poden canviar, però potser no dràsticament. Però imagina't el que pot passar a una velocitat d'aquest tipus al centre de la galàxia, 10.000 parsec. Segons els astronautes, el viatge podria durar uns 3000 anys. En la Terra, no obstant això, serien 65000 anys!

Retrorreactor cap a les estrelles

Després de realitzar una sèrie d'assajos a través del llançador de pols nuclear, els dissenyadors de vaixells buscaran trobar una cosa molt més ràpida. El retrorreactor interestel·lar (ISR) sembla una opció intel·ligent.

Fa uns 25 anys R.W. Bussard va esbossar la idea que l'espai utilitzaria el propi mig interestel·lar com a font de combustible. Utilitzant una eina de malla, el vaixell crearia en la seva part davantera un potent camp magnètic de milers de quilòmetres. Aquest camp magnètic atrauria a tots els ions d'hidrogen de la zona, que s'utilitzarien en el reactor de fusió situat a l'interior del vaixell.

En opinió de Bussard, el retrorreactor (ISR) podria aconseguir una acceleració ideal de 1-g si la seva superfície passa de 10.000 quilòmetres quadrats d'alta densitat iònica a 10.000.000 quilòmetres quadrats de baixa densitat.

Amb el retrorreactor, com més velocitat millor. Un augment de la velocitat redueix la distància entre dos punts de l'espai. En aquest punt les perspectives dels investigadors terrestres i de la flota no serien coincidents. Segons això, com més gran és la velocitat a la qual es mou el retrorreactor, major és la proximitat dels seus ions frontals. A una velocitat del 99.9 per cent de la velocitat de llum, els ions entre la Terra i la zona galàctica (10.000 parsec) apareixerien apilats en un cilindre de 450 parsec.

Hi ha possibilitats meravelloses per al retrorreactor. Imagineu que un vaixell d'aquest tipus surti del sistema solar amb un llançador de pols nuclear. En uns mesos posarà en marxa un truc en xarxa, atraient pocs hidrògens al principi, però ingeriendo cada vegada més a mesura que avança el temps. La compressió relativa de distàncies atreu cada vegada més ions a l'interior de la xarxa i el motor s'alimenta de combustibles en continu creixement. Però també té un efecte contrari i és que la massa del retrorreactor també ha d'augmentar. En conseqüència, aquesta embranzida que s'afegeix no serveix per a guanyar velocitat.

Tot això no té res. Imaginem que amb un reactor d'aquestes característiques és possible que les distàncies de l'univers circulin dins de pocs mesos, dies i hores. Així, es tractaria d'un viatge unidireccional per als viatgers. Els membres de la tripulació no podrien tornar a casa, almenys a la casa que coneixen.

Colonització d'estrelles

L'ésser humà anirà sens dubte cap a l'espai, colonitzant en primer lloc els mons pròxims: una base en la lluna amb els observatoris i l'hotel; una base més petita en Mart: potser una seu científica en Ganimide, seguida de Tità i Tritó, més llunyans.

I després les estrelles. Després que proves com Daedalus hagin conclòs el seu treball d'estudi, 61 Cygni, Tau( ) Ceti o Sigma Pavonis, situades a 6 parsec de la Terra, podrien ser les següents destinacions. Més endavant, utilitzant la tecnologia ISR (Interstellar ram-jet), podem parlar de deu parsec i després de percentatges.

A mesura que l'ésser humà vagi a la Galàxia, haurà d'adaptar-se a les condicions que trobi. Potser per la influència d'altres éssers enginyosos es poden crear noves cultures, ètiques, científiques i artístiques. Canviant física i intel·lectualment l'Homo sapiens per a adaptar-ho als nous entorns es pot associar a altres línies de l'evolució.

I tot això pot succeir en una part molt petita de la Galàxia Via Làctia, una col·lecció discoidal de 200 bilions d'estrelles i un dels bilions galàxies de l'univers. A pesar que la condició humana arribi a colonitzar les estrelles més pròximes, el viatge cap a l'espai de les nostres espècies no farà més que començar.