EL PROXIMO CAPITULO DE LA HUMANIDAD 2:

VIAJES INTERESTELARES

NIC WEISSMAN

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Antecedentes 03 de octubre 1942 Primer vehículo en cruzar la línea Karman (100 km / ~ 62

millas por encima de la superficie de la Tierra) y por lo tanto

entrar en el espacio exterior

Alemania Programa militar cohete

V-2

21 de agosto 1957 El primer misil balístico intercontinental (ICBM) URSS R-7 Semiorka / SS-6

Albura

04 de octubre 1957 Primer satélite artificial. Las primeras señales del espacio URSS Sputnik 1

03 de noviembre 1957 Primer animal en órbita, la perra Laika URSS Sputnik 2

02 de enero 1959 Primer disparo de un cohete en órbita terrestre

Primero en alcanzar la velocidad de escape de la Tierra o de

inyección Trans Lunar

Primera detección de viento solar

URSS Luna 1

04 de enero 1959 El primer satélite artificial para llegar a las proximidades de la

luna y el primer satélite artificial en órbita heliocéntrica

URSS Luna 1

07 de agosto 1959 Primera fotografía de la Tierra desde la órbita EE.UU. Explorer 6

13 de septiembre

1959

Primera impacto en otro mundo (la Luna)

Primera entrega de (URSS) banderines nacionales a un

cuerpo celeste

URSS Luna 2

12 de abril 1961 El primer vuelo orbital tripulado humano (Yuri Gagarin) URSS Vostok 1

16 de junio 1963 Primera mujer en el espacio (Valentina Tereshkova) URSS Vostok 6

Antecedentes 03 de febrero 1966 Primer aterrizaje suave en otro mundo (la Luna)

Primeras fotos de otro mundo

URSS Luna 9

21 de julio 1969 Primer humano en la Luna y primera puesta en marcha desde un

cuerpo celeste

EE.UU. Apolo 11

23 de abril 1971 Primera estación espacial URSS Salyut 1

24 de enero 1986 Primer sobrevuelo de Urano (máxima aproximación 81.500 kms) EE.UU. Voyager 2

19 de febrero 1986 Primera estación espacial de investigación a largo plazo habitada

constantemente

URSS Mir

14 de febrero 1990 Primera fotografía de todo el Sistema Solar EE.UU. Voyager 1

24 de abril 1990 Observatorio orbital óptico EE.UU. / ESA Hubble

04 de julio 1997 El primer rover operativo en otro planeta (Marte) EE.UU. Mars Pathfinder

20 de noviembre 1998 Primera estación espacial multinacional,

Mayor objeto artificial construido en el espacio hasta la fecha

Rusia,

EE.UU., ESA,

Japón,

Canadá

Estación Espacial

Internacional

06 de marzo 2009 Misión Kepler lanzada, primer telescopio espacial designada para

buscar exoplanetas similares a la Tierra

EE.UU. Kepler

25 de agosto 2012 Primera sonda artificial en el espacio interestelar. EE.UU. Voyager 1

12 de noviembre 2014 Primera sonda hecha por el hombre para hacer un aterrizaje

planeado y suave en un cometa (67P/Churyumov-Gerasimenko)

ESA Rosetta

Retos del viaje interestelar

Viajar a otras estrellas plantea desafíos gigantescos

Distancia

• Velocidad suficiente para llegar en un plazo razonable

• El Voyager 1 (la nave espacial más rápida en el espacio) necesitaría 80,000 años para llegar a la estrella más cercana

• Próxima Centauri esta 10.000 veces más lejos que el último planeta del sistema solar.

Energia

• La aceleración de una tonelada a una décima parte de la velocidad de la luz requiere la cantidad total de energía generada por la humanidad en un año en toda la Tierra.

• La energía tiene que venir de: – Combustible almacenado (aumento de la carga adicional)

– Cosechado en el espacio (ver comentarios sobre Bussard)

– Proyectada a través de enormes distancias

Medio interestelar

• El gas y el polvo pueden dañar gravemente las naves espaciales que viajan a gran velocidad si no están adecuadamente protegidas

• Ahora sabemos que la radiación es muy alta en el espacio exterior, lo que compromete la salud a largo plazo de los astronautas.

Tiempo

• o El principio de espera: Si una misión necesita de más de 50 años para llegar a su destino tal vez no se deba comenzar, porque los descubrimientos futuros podrían permitir viajes más rápidos y una nave futura podría ser capaces de adelantar a la misión más antigua, haciéndola obsoleta e inútil.

• o Si el viaje es largo para los astronautas, ¿cómo podemos enviarlos a otra estrella? – Dilatación del tiempo

– Animación suspendida

– Colonización con embriones

– Nave Generacional

– Vida extendida

– Upload de Mentes

Comunicaciones

• Obviamente la velocidad x2 de la luz. Por tanto, 8 años para enviar un mensaje y recibir una respuesta de Alfa Centauri, la estrella más cercana.

Retos del viaje interestelar

Propulsion 1

1. Cohetes de combustible sólido/líquido • Todo lo que hemos logrado hasta ahora, gracias a ellos. • No podríamos haber caminado en la Luna o enviar el Voyager a los límites del sistema solar sin ellos • El payload del Apollo fue del 3%. Los cohetes son muy grandes, caros y extremadamente ineficientes. • Ya no podemos avanzar más con ellos. • Sus velocidades máximas los hacen inadecuados para la exploración del sistema solar, incluso

2. Propulsor iónico • Wikipedia: el propulsor iónico electrostático es un diseño para los propulsores de iones, altamente

eficiente de bajo empuje para propulsión de naves espaciales que utiliza energía eléctrica. Estos diseños utilizan electrodos de alta tensión para acelerar iones con fuerzas electrostáticas

• Los propulsores electrostáticos de iones han acelerado iones a velocidades que alcanzan los 100 km/s. En 2006, la ESA probó con éxito de un motor electrostático de iones mejorado con velocidades de 210 km/s.

• Estos motores necesitan una fuente de energía. Podemos construir propulsores más potentes, pero necesitaremos consiguiente, más energía, lo que es un problema en el espacio.

• Mejorarán los viajes espaciales, pero no lo suficiente para exploración interestelar

Propulsion 2

3. Velas solares • Wikipedia: Las velas solares son una forma de propulsión espacial que utiliza la presión de radiación (también llamada presión solar) de las estrellas para empujar grandes espejos ultrafinos a altas velocidades. • La vela solar permite operaciones de bajo costo y de larga vida útil, ya que tienen pocas piezas móviles y utilizan sin combustible • Algunos estudios indican que un vela solar grande y ligera, lanzada contra el sol podría regresar con velocidades de más de 100 km / s (x10 vs sondas más rápidos) • Esto sólo funcionará si podemos construir velas muy ligeras. La nanotecnología abre la puerta para esto. Las velas de carbono soportan temperaturas muy altas, lo que es importante para permitir altas aceleraciones, y son ligeras y resistentes. • Las velas solares no tienen que ser protegidas. El polvo espacial (típicamente de 1 micra aprox) hará agujeros muy pequeños (alrededor de 1,5 micras) 4. Velas solares con beamers • Wikipedia: Las velas de solares también podrían ser impulsados por rayos de energía para ampliar su rango de operaciones, lo que se denomina estrictamente Vela beamer. • El beamer es la parte costosa de este concepto, pero una vez se tiene uno, se puede utilizar para lanzar muchas sondas. Analogía con el esfuerzo de construir un puente en comparación con el esfuerzo de cruzar un río con un barco. • "Las velas solares serán las primeras naves espaciales"

Propulsion 3

5. Bussard ramjet • Wikipedia: Bussard propuso una variante de reactor de un cohete de fusión capaz de vuelo espacial interestelar, usando enormes campos electromagnéticos para recoger y comprimir el hidrógeno del medio interestelar. Las altas velocidades fuerzan la masa reactiva en un campo magnético progresivamente restringido, comprimiéndolo hasta que se produzca la fusión termonuclear. El campo magnético entonces dirige la energía de escape como propulsión opuesta a la dirección prevista del viaje, acelerando así el vehículo. • Después de la propuesta original hemos descubierto que estamos en una región del espacio que no tiene suficiente hidrógeno. Aunque se trataba de un concepto prometedor, ahora se considera como un no-go. 6. Cohetes de fisión • Desarrollado hace 40 años, nunca utilizados. • Wikipedia: NASA hizo (en 2013) simulaciones de combustibles para cohetes termonucleares con el objetivo provisional para apoyar el Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS). El proyecto mostraba etapas de cohetes el doble de eficientes que sus contrapartes químicas impulsando las misiones tripuladas a la Luna, Marte y más allá. • En resumen: Podrían ser utilizados para el sistema solar, pero no lo suficiente como para ser propulsores interestelares eficaces.

Propulsion 4

7. Cohetes de fusión • Wikipedia: Un cohete de fusión es un diseño teórico para un cohete impulsado por la energía de fusión, que podría proporcionar una aceleración eficiente y a largo plazo en el espacio sin la necesidad de llevar un suministro grande de combustible. El diseño se basa en el desarrollo de la tecnología de la energía de fusión más allá de las capacidades actuales y la construcción de cohetes mucho más grandes y más complejos que cualquier nave espacial actual. Un reactor de fusión más pequeño y ligero podría ser posible en el futuro cuando se hayan ideado métodos más sofisticados para controlar el confinamiento magnético y evitar inestabilidades del plasma. La energía de fusión podría proporcionar una alternativa más ligera y compacta. • No tenemos la tecnología para su control. De hecho, ni siquiera estamos cerca. 8. Cohetes de antimateria • Wikipedia: Un cohete de antimateria es una tipo especulativo de cohetes que utilizan la antimateria como fuente de energía. Hay varios diseños que intentan lograr este objetivo. La ventaja de esta clase de cohete es que una gran fracción de la masa en reposo de una mezcla de materia / antimateria se puede convertir en energía, lo que permite a estos cohetes tener una densidad mucho más alta de energía y de impulso específico que cualquier otra clase teórica de cohete. • Aún más futurista que la fusión. Grandes desafíos tecnológicos tanto en la producción del combustible como en su contención.

Propulsion 5 9. Agujero Negro • Wikipedia: idea teórica para permitir los viajes interestelares propulsando una nave estelar, creando un agujero negro artificial y usando un reflector parabólico para reflejar su radiación de Hawking. (2009, Louis Crane y Shawn Westmoreland) • El estudio argumenta una serie de ventajas de este concepto frente a la antimateria, la fusión o fisión. • También es futurista ya que hoy tenemos la tecnología sólo para crear agujeros negros muy pequeños durante fracciones de segundo.

10. FTL (Más rápido que la luz) • Una serie de teorías / opciones en torno a viajar más rápido que la luz. Son en su mayoría especulativas por el momento • Motor de curvatura (warp drive)

• El motor de Alcubierre o motor de curvatura fue teorizado como una solución particular de las ecuaciones de Einstein en 1994 por Miguel Alcubierre. • Los viajes FTL se logran mediante la deformación del espacio, al contraerlo delante de la nave espacial y expandiéndolo detrás, mientras que el centro de la burbuja permanece en el espacio “normal”. • Se requiere de materia exótica (materia con masa negativa) para este concepto funcione.

Conclusion Para cada opción/solución, 3 preguntas:

• Física: ¿Podemos hacer esto? ¿Es esto posible?

• Ingeniería: ¿Sabemos cómo?

• Economía: ¿Podemos hacerlo con una cantidad razonable de recursos?

Conclusión

• A corto plazo nuestra mejor manera de progresar parece estar en las velas solares. Combinado con Beamers, las velas solares podrían incluso convertirse en naves espaciales, aunque será lentas.

• Se necesitan avances significativos a largo plazo. NO hay una restricción fundamental para crear naves FTL, pero estamos quizá a siglos de dominar la ingeniería necesaria.

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