domingo, 10 de junio de 2007

VELAS SOLARES
y otros artilugios curiosos para viajar por el espacio


Ya hemos hablado alguna vez, chorlitos, sobre las dificultades de viajar por el espacio exterior. Uno tiene que poder empujar contra algo para poder moverse (tercera ley de Newton), y en el vacío no hay nada contra lo que empujar. De modo que, si quieres moverte, debes empujar contra ti mismo. Pero, según la segunda ley de Newton (un humano un poco fastidioso, este Newton), sólo con las fuerzas internas que uno puede ejercer es imposible mover el centro de masas propio, así que la única solución es lanzar parte de lo que lleves encima en dirección contraria a la que quieres seguir, de forma que, aunque el centro de masas del sistema uno-mismo/cacho-de-uno-mismo permanezca en el mismo sitio, el cacho y uno mismo sean capaces de moverse por el espacio. Éste es el principio que utilizan la mayoría de los sistemas de propulsión espacial actuales.


Ariane 5 ECA despegando de la Guayana francesa el 27 de mayo del 2006

Cuando el empuje necesario es muy grande, como en los despegues, no queda más remedio -con la tecnología actual- que utilizar motores cohete de combustión química (los más típicos, de los que ya hemos hablado), que son los que más consumen. Hasta el momento no se ha encontrado un sistema de propulsión que pueda sustituirlos. Así que, para salir de la atmósfera, lo que hay que hacer es, básicamente, montarse en un tanque enorme de combustible y prenderle fuego.


Despegue del Shuttle americano

Pero en órbita la cosa cambia, ya que cobra importancia el impulso específico, que mide la eficiencia del motor. La cantidad de combustible que se puede llevar al espacio está muy limitada (ya sabéis que los humanos prefieren no gastarse un duro si pueden), así que son necesarios motores que con poco consumo de combustible produzcan mucho empuje. O mejor, sistemas que ni siquiera necesiten combustible. Fue por esto que a algún humano especialmente inspirado se le ocurrió la idea de la vela solar.


Vela solar

Las velas solares se basan en el principio de que la presión de radiación producida por la luz cuando incide y se refleja en una superficie (que, al estilo típicamente humano, es la forma fina de decir: «la fuerza que producen los fotones cuando rebotan a mogollón contra una superficie») es suficiente para que esa superficie se mueva, aunque sólo sea un poquito (nada que ver, ojo, con el viento solar, que es otra cosa distinta). Y como en el espacio no hay fuerzas de fricción que se opongan al movimiento, con una superficie reflectante (en chorlito, un espejo) lo suficientemente grande, una fuente de luz y un poco (mucho) de paciencia, se pueden alcanzar velocidades bastante elevadas (porque la velocidad aumenta despacio, pero sin pausa). Y cuanto mayor sea la vela, mayor será el empuje (también será mayor cuanto más cerca se encuentre de la fuente de luz, o cuanto más perpendicularmente incida la luz sobre la vela). El principal inconveniente es que la vela debe viajar plegada dentro del vehículo hasta que sea necesaria, y además debe pesar poco. Los problemas de almacenaje y despliegue derivados son bastante serios (dos animaciones muy chulas de la NASA: aquí y aquí). Los humanos incluso se plantean fabricarlas y montarlas directamente en el espacio para evitarse esos problemas, aunque por el momento hacer eso está lejos de su alcance. Así que este invento se utiliza más bien poco, aunque el pricipio sí que se aplica en los satélites para control de actitud, utilizando los paneles solares a modo de vela para corregir errores de orientación.



El vídeo sobre estas líneas, aunque está en inglés y es un poco largo, merece la pena. Habla de un concepto bastante curioso, el heliogiro, que fue abandonado debido a problemas de estabilidad, pero que no deja de ser una idea muy interesante. Su funcionamiento es muy parecido al de un helicóptero.


El único proyecto de vela solar en ser construido y lanzado fue el Cosmos-1 (colaboración de Rusia y Estados Unidos -os recomiendo que visitéis la página-), enviado al espacio en junio del 2005. Por desgracia, el cohete que debía colocarlo en órbita falló y la vela solar nunca pudo desplegarse.


TIE Fighter (Star Wars)

Hay más sistemas curiosos. Como supongo que la mayoría de los chorlitos son un poco frikis, asumo que no hará falta que dé muchas explicaciones sobre lo que es un TIE Fighter. Las siglas «TIE» vienen del inglés «Twin Ion Engine», o motores gemelos de iones. Ciertamente, los motores de iones de verdad no pueden hacer las maniobras que hace un TIE (eso es ciencia-ficción, al menos de momento), pero son motores de muy alto impulso específico, aunque las aceleraciones que pueden proporcionar son bajas, al igual que ocurre con las velas solares. Estos motores aceleran un flujo de iones (partículas cargadas eléctricamente) a muy altas velocidades. De esta manera, aunque la masa expulsada sea pequeña, como su velocidad es muy grande, la reacción que impulsa al vehículo es apreciable y el consumo de combustible muy bajo. De este tipo son también los motores de plasma. La diferencia es que en el caso de un motor de iones, como sólo acelera partículas de carga positiva, se hace necesario introducir un flujo de electrones en la salida para mantener neutra la carga eléctrica del satélite; mientras que el motor de plasma, que acelera tanto partículas positivas como negativas, no necesita neutralización. El VASIMR, otro motor que funciona con el mismo principio, podría ofrecer una alternativa a los anteriores, ya que es capaz de trabajar tanto en régimen de alto empuje/bajo impulso específico como en régimen de bajo empuje/alto impulso específico.


Prueba en banco de un motor de iones

Por supuesto, los cohetes de propulsión química también se utilizan en órbita, aunque su vida es bastante limitada porque también lo es la cantidad de combustible que un satélite puede llevar. Por ello suelen utilizarse sólo puntualmente a lo largo de la vida útil del satélite. Los motores nucleares, que también pueden prescindir de la atmósfera para funcionar, son otra solución muy comúnmente utilizada en el espacio (y en submarinos, por exactamente la misma razón).


Prueba en banco de un sistema de control de actitud con cohetes de propulsión química

Hay más formas de moverse, aunque ya no sirven para viajes interplanetarios. Son principalmente sistemas de control de actitud que ayudan al satélite a cumplir su misión con la precisión requerida: volantes de inercia y ruedas de momento, par magnético y gravitatorio, etc. Casi todos estos sistemas funcionan con energía eléctrica, así que los paneles solares son siempre un elemento imprescindible en cualquier satélite.


Estación Espacial Internacional (ISS) fotografiada en el 2006 desde el Space Shuttle

Los humanos trabajan incansablemente para encontrar el modo de viajar grandes distancias en poco tiempo, de unos planetas a otros y más allá. Sueñan con, algún día, poder salir del sistema solar y conquistar otros mundos, extendiéndose por el resto del Universo como lo han hecho por la Tierra.


La verdad; mejor que sigan soñando y que se dejen de historias raras, que con un planeta lleno de humanos el Universo tiene más que suficiente.


Despegue de la lanzadera americana en la base de Cabo Cañaveral

11 piopíos:

omalaled dijo...

La verdad; mejor que sigan soñando y que se dejen de historias raras, que con un planeta lleno de humanos el Universo tiene más que suficiente.

Sencillamente ... genial.

Lyd dijo...

Muchas gracias, Omalaled! ^^

Proximo dijo...

Lyd, acabo de traducir el artículo de la wiki inglesa Radiation pressure.

La versión en español es Presión de radiación

Por si quieres linkearlo (¿linkearlo es correcto?). Saludos!! >.<

Lyd dijo...

Muchas gracias, próximo! Ipso facto lo enlazo (que supongo que es la forma correcta de decir "linkeo", pero vamos, por mí puedes usar la que quieras, que inventar palabras es divertido ^^).

A ver si termino yo un que tengo a medias para la wiki en español sobre materiales compuestos, que el que hay es un pelín escaso ;)

JaviMetal dijo...

Que curioso lo de las velas en el espacio, hace unos años me parecia de ciencia ficcion. Incluso hay una nave de Star Wars propulsada con velas. A lo mejor con el tiempo construyen alguna como la Arcadia del capitan Harlock

Lyd dijo...

Bueno, la verdad es que lo de las velas solares hoy en día es poco más que ciencia ficción, aunque como ves se trabaja en ello y yo creo que no pasará mucho hasta que la primera esté en órbita por fin. Y quién sabe qué otros medios de propulsión se encontrarán en el futuro...

Gracias por el comentario, javimetal! ;)

El Otro dijo...

Creo que esto te interesará... tu ciencia aplicada al mundo domestico... bien aplicada ;-)


Nuevo ventilador


El Otro

Lyd dijo...

Está interesante, aunque la verdad es que estéticamente no me convence demasiado; es un pegote. El siguiente paso es diseñar algo eficiente y bonito :)

Proximo dijo...

si, algo, no se... algo como proximo.

Si, tengo abuela, pero sólo una ;-)

Marcos dijo...

He aquí otro motor bien curioso. Geniales las miniaturas para utilizar como "juguete" de escritorio :-)

Lyd dijo...

Es verdad! Tuvimos una conversación muy interesante sobre motores, entre ellos el Stirling, en esta otra entrada.



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