Les dejo un articulo que a mi me resulto interesante, espero que les guste.
Viajando hacia las estrellas: naves estelares en la ciencia ficción
Por Cristóbal Pérez-Castejón Carpena
Introducción
El protagonista de la primera parte de "2001", considerada una de la obras fundamentales de la ciencia ficción, es un australopiteco llamado "Moon Watcher": el que contempla la luna. Y éste es en verdad un nombre adecuado, pués una de las cosas que nos definen como humanos es ese impulso irresistible por ir siempre más allá, por desear aquello que no podemos poseer. Ese ansia de conocer, de abarcar nuestro mundo fue lo que determinó que nuestros antepasados saliesen de su cuna africana y se extendieran por toda la superficie del orbe. Y ahora, cuando hemos dejado nuestra impronta en todo lo que nos rodea, nuestros ojos se vuelven cada vez con mayor insistencia a los espacios que nos aguardan fuera de nuestro planeta. Sin embargo, el camino a las estrellas no es una senda de rosas. Aún cuando en una noche de verano, las estrellas parezcan encontrarse casi al alcance de la mano, en realidad es necesario recorrer un largo y amargo camino para alcanzarlas. A continuación daremos un breve repaso a las diferentes soluciones que, dentro del género de la ciencia ficción, se ha dado a ese problema.
Viajando a lomos de una bala de cañón: precedentes históricos
Cuando uno contempla la literatura de ciencia ficción desde una perspectiva histórica, rápidamente se detecta una clara tendencia a utilizar la tecnología disponible en la época considerada para llegar a aquellos lugares que se desean alcanzar. Por ejemplo, según cuenta la leyenda, Dédalo construyó un laberinto para Minos, rey de Creta, con la misión de encerrar al Minotauro. El laberinto estaba tan ingeniosamente construido que nadie podía escapar del mismo... o de su monstruoso inquilino. Sin embargo, Dédalo reveló el secreto del laberinto a Ariadna, que utilizó este conocimiento para ayudar a su amante, Teseo, a matar al monstruo y escapar. Encolerizado por la fuga, Minos encerró dentro del laberinto al constructor y a su hijo Ícaro . Para evadirse de su propia trampa, Dédalo creó unas alas de cera para que ambos pudieran salir volando del laberinto. Sin embargo, impulsado por ese afán de alcanzar lo desconocido al que hicimos referencia al principio, Ícaro voló demasiado cerca del sol, sus alas se derritieron y cayó al mar. La leyenda de Ícaro ha pervivido a través de los tiempos y ha dejado su impronta en la carrera espacial: un famoso estudio para enviar una sonda interestelar no tripulada a la estrella de Barnard, la segunda más cercana a nosotros, recibió el sugerente nombre de Proyecto Ícaro.
Más tarde, el advenimiento de la pólvora creó nuevas expectativas: por ejemplo, en "Las aventuras del barón de Münchhausen"(1785), escrita por el autor alemán Rudolf Erich Raspe, el protagonista, un personaje real que ha pasado a la historia como un fanfarrón impenitente, utiliza una bala de cañón a modo de una primitiva nave espacial. Esta misma idea fue recogida más tarde por Julio Verne en "De la Tierra a la Luna" (1865), donde se utilizaba un gigantesco cañón para lanzar a tres intrépidos exploradores a orbitar nuestro satélite. Aunque errada en la mayor parte de sus supuestos científicos, en esta obra ya se intentaba, al menos, ofrecer soluciones a los problemas del viaje espacial tal y como se concebía en la época en la que fue escrita: la falta de oxígeno fuera de la atmósfera terrestre, la compensación de la inmensa aceleración del despegue, etc. En 1898, Wells, en su archifamosa "La guerra de los mundos", utiliza un mecanismo semejante como medio de desplazamiento de la ofensiva marciana dispuesta a invadir la Tierra. Wells en su obra tiene en cuenta los efectos del tránsito de las naves marcianas a través de la atmósfera, y hace coincidir las fechas de la invasión de modo que ambos planetas se encuentren en el punto más cercano de su órbita para minimizar la duración del viaje. Aunque hoy en día este mecanismo pueda parecernos descabellado, en la práctica la idea del cañón continua plenamente vigente como mecanismo de lanzamiento de naves espaciales. Por ejemplo, en "La luna es una cruel amante" Heinlein utiliza una catapulta electromagnética para acelerar carga desde una base lunar a la Tierra. El mismo mecanismo es magníficamente usado por Clarke en "Maelstorm II". E incluso la NASA está evaluando en este momento la posibilidad de construir un cañón electromagnético en la falda de una montaña para auxiliar en el despegue a las lanzaderas espaciales ahorrando combustible y disminuyendo los riesgos de accidentes como el del infortunado Challenger.
La edad de oro y el motor atómico
Desde esta perspectiva histórica, resulta evidente porqué en los albores de la ciencia ficción, esa etapa mítica llamada "la edad dorada" situada a partir de 1930, la mayor parte de las naves espaciales que transportaban a los intrépidos protagonistas para correr peligrosas y excitantes aventuras en mil mundos diferentes fuesen naves de propulsión atómica. El átomo estaba de moda, y el inmenso poder contenido en el mismo parecía ser capaz de impulsar a la humanidad a una edad de oro en la que nuestros limites solo se verían contenidos por nuestra imaginación. El tiempo sin embargo vino a dar la razón a esos visionarios, al menos en el tema de las naves espaciales: lo que en la década de los 30 era un cliché de ciencia ficción, en 1945 se estaba evaluando en el laboratorio nuclear de los Álamos como un impulsor real. Esa preeminencia del motor de fisión se mantuvo de hecho hasta prácticamente la década de los cincuenta y sesenta tanto en la ficción como en el mundo real: algunas de las más grandes obras de esta época utilizan naves basadas de un modo u otro en este sistema de propulsión. Por ejemplo, en "El fin de la infancia", una de las obras más conocidas de Arthur C. Clarke, y de las que más influencia ha tenido posteriormente en el género, las dos superpotencias están embarcadas en una carrera espacial para conquistar la Luna que se ve súbitamente truncada por la llegada de los superseñores y sus inmensas naves espaciales de una tecnología incomprensible. Lo curioso es que esa carrera espacial, precedente de la que pocos años más tarde tendría lugar en el mundo real, se lleva a cabo mediante naves de propulsión atómica. Heinlein, otro de los grandes clásicos, también utiliza profusamente el motor atómico en su obra: recordar especialmente los relatos contenidos en su "Historia del futuro", y en especial "Las verdes colinas de la Tierra", donde de un modo indirecto se tienen en cuenta los problemas de este sistema de propulsión.
Ahora bien, cuando yo leía "La legión del espacio" o alguna de las otras obras donde aparece este sistema de propulsión, siempre acababa preguntándome lo mismo: ¿cómo funciona un motor atómico?. El motor de fisión nuclear se apoya en un principio bien sencillo: se utiliza el calor desprendido por una reacción nuclear controlada para evaporar un fluido que es expulsado por las toberas de la nave y genera impulso. Las naves de la edad de oro son, literalmente, naves de vapor, que sin embargo duplican el rendimiento de un cohete químico. El propelente, cualquier líquido susceptible de hervir, como el agua, metano o simplemente hidrógeno puede encontrarse en abundancia en nuestro sistema solar y puesto que el combustible nuclear teóricamente debe durar mucho tiempo, una nave propulsada por un motor de este tipo podría llevar a cabo sin demasiados problemas un viaje de diez o doce años sin más que repostar periódicamente masa de reacción.
Aunque sencillo y atractivo, este sistema no está exento de inconvenientes. En primer lugar, la velocidad de salida de los gases todavía es muy baja. La razón es que el combustible no se puede calentar por encima del punto de fusión de los componentes del reactor, unos 3000 K. Esto, unido al gran peso del mismo determina que la aceleración de una nave de este tipo sea muy pequeña. En segundo lugar, el lanzamiento de la nave es demasiado inseguro: un accidente como el del Challenger es potencialmente más peligroso en una nave de propulsión nuclear que en una de propulsión química. Además, el funcionamiento del reactor arrastra sus propios problemas: fugas, reacciones incontroladas, etc. "Las verdes colinas de la Tierra", el relato de Heinlein al que hacíamos referencia más arriba, cuenta la historia de un vagabundo al que un accidente con un reactor nuclear dejó ciego y convirtió en poeta. Este vagabundo acabó perdiendo su vida debido a la radiactividad asociada a otro accidente de ese tipo, escribiendo en el proceso un hermoso poema que le convirtió en una figura inmortal. Stanislaw Lem, otro autor que utiliza habitualmente este sistema, tiene dos relatos en donde se ponen magníficamente de manifiesto estos problemas: el de "La Albatross", en donde se nos relata el descorazonador intento de rescate de una nave que ha sufrido un accidente en su reactor y se encuentra al borde de una reacción descontrolada, y "Terminus", uno de los grandes cuentos del género, donde se nos cuenta la estremecedora historia del robot encargado de reparar el reactor nuclear de una vetusta nave espacial (las grietas y fugas del mismo se reparaban a base de cemento) en cuyo interior residen las almas de los tripulantes muertos en la nave en un accidente anterior cuyo único superviviente fue el robot.
Cabalgando una explosión nuclear: el proyecto Orión
Aún cuando en la actualidad continúan desarrollándose estudios en torno al motor de fisión y los estudios sobre el NERVA no se abandonaron hasta 1972, ya desde los años 40 estaba claro que este propulsor no nos llevaría a las estrellas. Simplemente, la velocidad final de 20 km./seg. que puede conseguirse con un motor de este tipo implicaría un viaje con una duración de milenios a la estrella más próxima. Por tanto, siguió buscándose un modo para utilizar de un modo más eficiente la energía contenida en el átomo. Fruto de los mismos surgió el proyecto Orión, uno de los mejores ejemplos de cómo en ocasiones la frontera entre la ciencia y la ficción resulta casi indistinguible.
Orión se basa en una idea tan absolutamente revolucionaria que resulta incluso difícil de aceptar: utilizar una explosión atómica para generar impulso. En efecto, durante una prueba nuclear se descubrió que una esfera de grafito situada a muy corta distancia de una explosión nuclear aparecía intacta después de la misma habiendo perdido tan solo una leva capa superficial de material. Apoyándose en este fenómeno, se desarrolló un sistema de propulsión basado en introducir una mini bomba nuclear dentro de una cámara de combustión llena de agua y se hacía detonar. Aquí ya no existía limitación de temperatura de escape: los diez millones de grados del estallido convertían el agua en plasma supercaliente y generaban impulso. . Posteriormente, se eliminó la cámara de combustión: la bomba simplemente se dejaba caer detrás de la nave seguida de un disco de plástico. Tras la explosión, el plástico se convertía en un plasma de átomos de carbono e hidrógeno que, a gran velocidad chocaba contra un plato proporcionando impulso. Al eliminar la cámara de combustión, el dispositivo ya no estaba limitado en temperatura por lo que podían utilizarse bombas más grandes. En el modelo más elaborado, el plástico, buen absorbente de neutrones (al parecer en la bomba de hidrógeno se utiliza una variante del corcho blanco que usamos para los embalajes para canalizar el flujo de neutrones que dispara la fusión del hidrógeno) iba incorporado en la bomba, que estaba especialmente diseñada para explotar de un modo direccional. La duración del estallido era tan breve que el plato de impulso, de acero o aluminio, apenas sufría un ligero desgaste con cada estallido: literalmente no tenía tiempo de calentarse. La fuerza que incidía sobre el plato era tan inmensa que había que utilizar un sistema de amortiguamiento para proteger a la tripulación de la aceleración resultante. El resultado fue un motor con una relación de impulso miles de veces mayor que el de un motor químico y que por primera vez, podría llevar a la humanidad hasta las estrellas. Una nave basada en un motor Orión no tiene las limitaciones de peso de un cohete químico: los navíos serían más semejantes a los que todos nos hemos encontrado tantas veces en las novelas que a las ratoneras claustrofóbicas que son en la realidad.
Sin embargo, los inconvenientes eran también muy importantes. En primer lugar, los derivados del poco ortodoxo sistema de propulsión: a nadie puede hacerle demasiada gracia cabalgar hacia las estrellas a lomos de una explosión nuclear. Un pequeño fallo en el dispositivo de lanzamiento, y adiós nave. Lo mismo podría decirse respecto de la fase de lanzamiento: la sola idea de ver elevarse una nave cargada con cientos de bombas atómicas, susceptibles de volver a caer sobre la superficie del planeta en caso de accidente resulta simplemente espeluznante. Si a esto sumamos la existencia de un tratado que prohibe el despliegue de armas nucleares en el espacio, es evidente el porqué Orión jamas fue llevado a la práctica.
El propulsor Orión también tiene su representación, aunque limitada, dentro de la ciencia ficción. Por ejemplo, en la novela de Charles Logan "Naufragio", una nave interestelar es destruida por una bomba lanzada fuera de secuencia dejando a un único naufrago varado en un planeta remoto sin la más mínima posibilidad de ayuda. En "El ascenso de Endymion" de Simmons se comenta que entre las naves utilizadas en la Hégira habían "naves propulsadas por explosiones nucleares". Por último, en la película "Deep Impact", el "Mesías", la nave espacial construida por los Estados Unidos para interceptar al meteorito que va a destruir la Tierra, está también dotada de un sistema de propulsión Orión: un importante acierto en la ambientación científica de la película, pues con la tecnología actual este sistema es el único que permitiría alcanzar la velocidad necesaria para la maniobra de cita orbital con el cometa. El plato de impulso se aprecia perfectamente en la secuencia en la que la nave parte para encontrarse con su destino.
Antorchas entre las estrellas: Naves de Fusión
El propulsor Orión varió el camino de los motores nucleares de alto rendimiento, pero todavía no era la solución óptima. Ésta vino de la mano de la otra gran arma nuclear del siglo XX: la bomba de hidrógeno. En efecto, la energía derivada de la fusión nuclear a partir de una masa de combustible dada es diez millones de veces superior a la de un cohete químico. Además, el resultado de la fusión es un conjunto de partículas sumamente energéticas que se mueven prácticamente a la velocidad de la luz: el límite teórico de una nave de este tipo estaría en torno a esta mítica barrera. Por último, se puede ajustar la reacción de fusión de modo que los subproductos de la misma sean en su mayor parte partículas cargadas que pueden ser conducidas y canalizadas mediante campos magnéticos: las toberas de una nave de fusión ya no son físicas, sino formadas por etéreos campos magnéticos.
La antorcha de fusión se basa, en esencia, en la creación de una pequeña estrella en el corazón de la nave, en la que los átomos de hidrógeno se funden para dar helio con un enorme desprendimiento de energía. Para ello, existen dos sistemas muy semejantes. En los sistemas de confinamiento magnético, se crea un plasma contenido por una botella magnética en el que se inicia la reacción de fusión. Parte de ese plasma se dejaría escapar de la botella para producir impulso. En los sistemas de confinamiento inercial, haces de electrones o láser encienden las pastillas de combustible varias decenas de veces por segundo. Por ejemplo, el motor de la "Vijaya" de "Mundos en el abismo" parece ser un reactor de fusión inercial. Funciona inyectando pastillas de deuterio y helio 3 en el núcleo del reactor donde, tras ser comprimidas mediante poderosos haces de electrones concentrados, estallan liberando su energía. La ventaja de esta reacción respecto de la que utiliza deuterio y tritio (empleada en las armas nucleares por ser mucho más fácil de arrancar) es que como subproducto solo da una partícula alfa y un protón, ambos fácilmente manejables mediante campos magnéticos. El inconveniente, que utiliza He3, un isótopo del helio muy raro en la naturaleza pero que puede conseguirse en los gigantes gaseosos. En cualquier caso, el proceso se repite varios cientos de veces por minuto, por lo que en realidad una antorcha de fusión podría considerarse como un reactor pulsante.
Las ventajas de esta tecnología son evidentes. Como vimos antes, la energía desprendida por la reacción nuclear es inmensa. Aunque buena parte de esa energía debería canalizarse en el mantenimiento de los poderosísimos campos magnéticos que mantienen confinados el plasma, las aceleraciones resultantes son increíbles; el límite de las mismas viene determinado por la tolerancia biológica a la aceleración, que se cifra en torno a 10 g. En cualquier caso, estas naves son capaces de mantener aceleraciones sostenidas de 1g durante semanas, lo que les permite una velocidad punta que ronda la mitad de la velocidad de la luz.
Otra consecuencia de tal superávit de energía es que cualquiera de estas naves de guerra puede montar más baterías de mortíferas armas de partículas y láseres (tanto ofensivas como de defensa de punto antimisil) que cualquiera de las de sus más próximos rivales. Y eso además del formidable poder destructivo de sus toberas, en las que el haz de plasma concentrado mediante campos magnéticos puede convertirse en una arma extraordinariamente precisa y destructiva a una gran distancia. Por ejemplo, Larry Niven, que utiliza una amplia paleta de naves de fusión en su obra, pone en boca de los Kzin, la raza de felinos guerreros que pelea con la humanidad por el control del espacio, el dicho de que el poder militar de una especie se mide en función de la eficacia de sus reactores de fusión. En el relato "Xanthia y el agujero negro", de Varley, la protagonista sufre el ataque de una nave dotada de un propulsor de fusión que intenta utilizar su escape para destruirla. Aquí se ponen perfectamente de manifiesto las ventajas y los inconvenientes de este tipo de arma: enorme poder destructivo, pero escasa capacidad de puntería y corrección de tiro.
El exceso de impulso se traduce en algo que ya comentamos para la propulsión Orión: en una mayor ergonomía. Los habitáculos de la tripulación y el equipo que la nave puede cargar ya no están limitados por el impulsor. Así se da la curiosa paradoja de que las naves que tienen que pasar menos tiempo entre las estrellas son las más confortables, mientras que las que tienen que arrastrarse durante meses entre los soles, además son sumamente incómodas al haber tenido que llegar a un compromiso entre confort y capacidad de maniobra/tiempo de tránsito.
Antimateria y motores estelares
Aunque la cantidad de energía producida por una reacción de fusión es inmensa, todavía disponemos de una fuente energética más poderosa: la aniquilación materia antimateria. Este sistema, que permitiría la producción de 20.000 billones de julios por kilogramo de combustible, sería el óptimo desde un punto de vista energético para la propulsión de una nave espacial. Utilizando la aniquilación de protones y antiprotones, se generan como subproducto de la reacción priones que son susceptibles de ser manejados mediante campos magnéticos para producir impulso. Estos priones, además, se mueven prácticamente a la velocidad de la luz, por lo que la velocidad final de estas naves es también altísima.
Sin embargo, este sistema como siempre tiene sus propios problemas. El más importante, sin duda, el confinamiento de la antimateria. Teniendo en cuenta que el simple contacto con la materia normal produce la aniquilación de la misma en un fogonazo de radiación y energía, parece evidente que toda precaución es poca en este sentido. Otro problema asociado es la protección de la tripulación frente a las radiaciones derivadas del proceso de aniquilación. Por ultimo, resulta bastante complicado producir antimateria con los medios de los que disponemos hoy en día.
Estos inconvenientes no han arredrado a los escritores de ciencia ficción. En "El mundo al final del tiempo", de Pohl, aparece un velero solar complementado con un reactor de antimateria alimentado por barras de antihierro almacenadas en un confinamiento magnético. La vela solar se utiliza para salir del sistema de origen y frenar en el de destino, mientras que la antimateria se utiliza como propulsor intermedio. Este exótico combustible se genera a partir de materia normal mediante unos conversores basados en energía solar extraordinariamente eficientes, lo que convierten a esta nave en uno de los mejores ejemplos de aprovechamiento energéticos del genero.
Haldeman también utiliza varios modelos de nave de antimateria en "Tricentenario". En esta novela corta, el autor plantea la existencia de un compañero oscuro del Sol, formado por antimateria. Con esta fuente de antimateria, recogida y confinada también mediante campos magnéticos, la humanidad construye su primera nave interestelar. Primero una sonda en la que se introduce una pequeñísima cantidad de antimateria en un deposito de agua, dejando que la energía derivada de la aniquilación la evapore y produzca impulso, y, posteriormente, con un sistema más eficiente que incluye un espejo de rayos gamma que permite tanto proteger a la tripulación de los peores efectos de la aniquilación, como generar una fuente de impulso eficiente para la nave.
Por ultimo, "Antihielo", de Stephen Baxter, recurre también a una fuente natural de antimateria como propulsor de su nave. Esta espléndida ucronia está ambientada en una historia alternativa del siglo XIX, donde se ha descubierto la existencia de un meteorito formado por antihielo: una mezcla de superconductor de alta temperatura que, mediante la existencia de unos campos magnéticos inducidos, se mantienen confinadas pequeñas cantidades de antimateria. Jugando con las propiedades de este maravilloso material, se construye una nave espacial basada, como en el caso de Haldeman, en la evaporación de un propelente como el agua sometida a la enorme cantidad de energía desprendida por la aniquilación.
Sigue...