Cuando las sondas artificiales finalmente lleguen a otras estrellas, no serán propulsados ​​por cohetes. En lugar de, pueden estar montados en una vela delgada como una telaraña que está siendo explotada por un rayo láser gigante. Harry Atwater, Profesor Howard Hughes de Física Aplicada y Ciencia de Materiales, es líder de proyecto del programa Breakthrough Starshot, que busca hacer realidad estas sondas. En un nuevo artículo publicado el 7 de mayo en Materiales de la naturaleza , Atwater explora algunos de los principales desafíos que enfrentará el proyecto en su apuesta por hacer de la humanidad una especie interestelar. Recientemente nos sentamos con él para hablar sobre el programa.

¿Qué es exactamente el programa Breakthrough Starshot?

Es un proyecto multidisciplinario de $ 100 millones que se anunció en 2016, con el objetivo de diseñar una nave espacial que pueda ser lanzada a planetas que rodeen a otras estrellas y alcanzarlos durante nuestra vida. La idea es desarrollar naves espaciales que sean capaces de viajar a casi el 20 por ciento de la velocidad de la luz.

¿Por qué no se puede hacer eso con cohetes convencionales?

El problema con la propulsión de cohetes tradicional es que la velocidad final del cohete está limitada por la velocidad final del combustible expulsado del cohete. Para propulsores químicos, el límite superior de la velocidad final es demasiado bajo. La nave espacial más rápida jamás lanzada tardaría decenas de miles de años en llegar a la estrella más cercana. Alpha Centauri C. Eso es claramente impráctico para cualquier misión interestelar.

Para superar eso, planeamos usar la luz como combustible. En otras palabras, aprovechamos el principio de conservación del impulso entre la luz y los materiales. Si tengo un objeto reflectante y lo ilumino, los fotones que retroceden o reflejan dan impulso al objeto. Si el objeto es lo suficientemente ligero, ese impulso puede actuar como una fuerza propulsora, y luego la velocidad final de esa sonda está limitada solo por la velocidad de la luz misma.

¿Cuál es su papel en el proyecto?

Soy asesor del programa Breakthrough Starshot. El programa tiene tres grandes desafíos técnicos:el primero es construir el llamado motor de fotones, el láser que es capaz de propulsar la vela; el segundo es diseñar la vela en sí; y el tercero es diseñar la carga útil, que será una pequeña nave espacial capaz de tomar imágenes y datos espectrales y luego enviarlos a la Tierra. Mi función es ayudar al programa a definir caminos para hacer una vela ligera viable que sea compatible con los otros objetivos de todo el programa. No va a ser fácil:tenemos que hacer un objeto ultraligero a gran escala que sea firme y dinámicamente estable bajo propulsión.

¿Qué otros desafíos hay?

Los desafíos que abordamos en nuestro último artículo son el desarrollo de los requisitos de diseño y materiales para este conjunto realmente extremo de condiciones de ingeniería. Requerimos algo que tenga una masa de no más de un gramo, pero que cubre un área de unos 10 metros cuadrados. Eso significa que el espesor promedio será del orden de decenas a cientos de nanómetros; mucho más delgado que un cabello humano.

Este material delgado como una oblea estará sujeto a una intensa radiación láser durante la fase de propulsión, con una intensidad de megavatios por metro cuadrado. Esa no es la intensidad más alta que se haya generado en un laboratorio, pero es una intensidad muy alta para interactuar con un ultradelgado, estructura de membrana similar a una gasa del tipo del que estamos hablando aquí. Entonces, el mayor requisito es que debe ser ultrareflectante para que podamos impartir impulso y propulsar la vela ligera.

¿Hay algún material? o familias de materiales, que se ve prometedor para esto?

Si. Los mejores materiales son los dieléctricos, o aislante, en lugar de materiales metálicos, que transmiten cargas eléctricas. Un buen ejemplo de un dieléctrico con el que todo el mundo está familiarizado es el vidrio, que es altamente no absorbente. Desafortunadamente, el vidrio es un poco demasiado bajo en su reflectividad para ser un candidato eficiente para el material de vela ligera, pero, no obstante, señala el camino. Los mejores materiales en los que pensar son los que tienen una mayor reflectividad pero coeficientes de absorción igualmente bajos.

¿Cómo encaja este trabajo con sus objetivos de investigación más amplios?

Mi equipo de investigación está muy interesado en cómo la luz interactúa con los materiales a nanoescala, o materiales esculpidos o moldeados a la escala de la propia longitud de onda. Una de las cosas fascinantes es que los materiales nanoestructurados pueden generar compensaciones realmente óptimas entre masa y reflectividad. y también ayudan a dar estabilidad a la vela. Necesitamos que la vela sea pasablemente estable, lo que significa que no se cae del rayo láser, por así decirlo.