Para recorrer distancias cósmicas en tiempos humanos, los motores espaciales actuales presentan limitaciones significativas. Aunque existen propuestas prometedoras, como los sistemas basados en fusión nuclear, estas tecnologías aún están lejos de ser una realidad. Cixin Liu en su Trilogía de los Tres Cuerpos habla de un revolucionario sistema de propulsión.
Las velas solares se presentan como una tecnología revolucionaria para viajes interestelares. Fabricadas con materiales ultradelgados y reflectantes, aprovechan la presión de la radiación solar para impulsar naves sin necesidad de combustible. Un concepto basado en la utilización de la luz como medio de propulsión, de manera similar a como los barcos antiguos usaban el viento para desplazarse. En el libro de Liu, las velas solares son clave en el proyecto de escape humano ante la invasión trisolariana. Liu destaca su fragilidad y los desafíos de navegación, como la precisión requerida para evitar colisiones con micrometeoritos. Ciencia ficción que, sin embargo, ahora se hace realidad.
Un principio físico real
Las velas solares permiten que una nave se desplace sin necesidad de combustible, lo que reduce su peso y optimiza su eficiencia. Su funcionamiento se basa en un principio físico sencillo: cuando un fotón incide sobre una superficie altamente reflectante, transfiere su energía, generando un pequeño empuje.
Aunque esta fuerza es mínima, en el vacío del espacio, donde no hay resistencia, la aceleración se acumula con el tiempo, permitiendo alcanzar grandes velocidades. Para ser efectivas, estas velas deben ser extremadamente ligeras, contar con una amplia superficie reflectante y ser resistentes a las condiciones espaciales.
Un reciente avance en la composición de las velas solares ha sido publicado en la revista Nature Communications. Investigadores de la Universidad de Brown, en Estados Unidos, y la Universidad Tecnológica de Delft, en los Países Bajos, han desarrollado una membrana ultraligera y ultrarreflectante diseñada para aplicaciones espaciales.
Su innovador método de fabricación ha permitido crear una vela de forma cuadrada de 60 milímetros por lado y con un grosor de apenas 200 nanómetros. Para ponerlo en perspectiva, un cabello humano tiene un grosor promedio de 60.000 nanómetros. Además, la estructura incorpora nanoperforaciones que reducen su peso sin afectar su capacidad reflectante.
El material utilizado para esta vela es el nitruro de silicio, un compuesto ampliamente empleado en la industria aeronáutica, la electrónica y la medicina debido a su alta resistencia térmica y mecánica. Su proceso de fabricación es notablemente más rápido y económico en comparación con velas solares probadas anteriormente. Según los investigadores, esta vela solar tiene la mayor relación entre longitud y grosor lograda hasta la fecha.
“Hemos desarrollado un nuevo grabado a base de gas que nos permite eliminar delicadamente el material debajo de las velas, dejando únicamente la membrana. Si las velas llegan a romperse, lo harán en la fase de fabricación. Una vez suspendidas, son sorprendentemente resistentes”, explicó Richard Norte, codirector del estudio.
Miguel Bessa, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería de Brown y coautor de la investigación, añade que “el avance experimental del equipo de Richard demuestra que su proceso de fabricación puede escalarse a las dimensiones necesarias para los viajes interestelares y hacerse de manera rentable. Además, nuestro método de optimización basado en aprendizaje automático ha desempeñado un papel clave en la resolución de este desafío de ingeniería”.
Las velas solares en la exploración espacial
Las velas solares ya están siendo utilizadas en misiones espaciales. Recientemente, la NASA desplegó la nave experimental ACS3, equipada con una membrana de 80 metros cuadrados. El objetivo de esta prueba fue evaluar la resistencia de los materiales y la efectividad del sistema de despliegue de los brazos robóticos, que cumplen la función de mástiles. Aunque la aceleración no fue la prioridad en esta misión, ACS3 se destacó por su éxito y por convertirse en uno de los objetos más brillantes del cielo nocturno.
Paralelamente, institutos como el Instituto de Tecnología de California (Caltech) están desarrollando la infraestructura necesaria para probar las membranas que impulsarán las naves del futuro. Este es un paso crucial para la transición de la teoría a la aplicación práctica de esta tecnología.
A corto plazo, las misiones espaciales con velas solares seguirán teniendo un alcance modesto. Los expertos coinciden en que las primeras naves impulsadas por esta tecnología serán pequeñas, de menos de un metro de tamaño, y estarán equipadas con sensores para explorar regiones del sistema solar que hasta ahora han sido de baja prioridad, como Mercurio.