domingo, 22 de febrero de 2015

Veleros solares: a la conquista del sistema solar


Durante la Gran Era de las exploraciones del siglo XV se confió en la presión del viento sobre las velas de lona para impulsar a las flotas de barcos a través de los enormes océanos de la tierra. De una forma similar los futuros exploradores del espacio puede que algún día dominen a la propia luz para sus viajes dentro de los dominios del sol.

Aunque los fotones, los paquetes de energía electromagnética que irradian el sol y la estrellas carecen esencialmente de masa, pueden pese a todo ejercer una firme presión parecida a un viento en el casi vacío del espacio.

La clave para utilizar el toque casi de pluma de la luz del sol para la navegacion solar, es un material altamente reflectivo, de modo que los fotones que lleguen proporcionen su empuje rebotando contra la superficie de la vela. Aquí es importante el tamaño de la vela, pues cuanto mayor sea la misma, mayor será la cantidad de fotones reflejados y por lo tanto mayor el empuje.

Por grande que sea, sin embargo, la vela debe ser lo suficientemente rígida como para que el vehículo sea manejable, esta es una consideración que afecta al diseño final de una nave espacial impulsada por velas solares.

Inicialmente, las velas están previstas para llevar equipos de comunicación y experimentos científicos (sondas espaciales). Mas tarde, a medida que mejore la tecnología llevaran equipos entre la tierra y marte y otros planetas del sistema solar, y , a su debido tiempo, los astronautas podrán viajar empujados por la luz del sol.



Hasta ahora no ha sido lanzada ninguna sonda con una vela solar como método de propulsión primario. Es una tecnología en pañales que tiene un potencial enorme pero que actualmente esta limitada por los siguientes inconvenientes:


Masa: Como el empuje es muy bajo es necesario desarrollar velas ultraligeras y ultrafinas de solo unos pocos átomos de grosor para que la vela sea muy eficiente. Las mejores velas solares actuales tienen una masa de 7g/m2 y en teoria se podrían fabricar con nanotubos de carbono velas de solo 0,1 g/m2, pero este tipo de materiales sólo se ha producido en condiciones de laboratorio, y su aplicación a escala industrial está aún lejana

Empaquetamiento: una vela desplegada puede poseer una área de cientos de metros cuadrados, empaquetar la vela para que quepa en un cohete no es una tarea fácil si la misma tiene un área tan grande.

Despliegue de la vela: que la misma se "arme" en el espacio con la menor cantidad de estructuras de soporte, este es uno de los aspectos más trabajados actualmente, pero no a las escalas necesarias.

Y por último como controlar una estructura tan masiva y ligera a la vez

Como vemos es una tecnología a la que todavía le falta refinar, pero que podría abrir el sistema solar a la humanidad, algún día.







lunes, 2 de febrero de 2015

Comunicaciones interplanetarias


¿Por qué es tan difícil comunicarse con las sondas distantes? además de debilitarse la señal, los datos tardan mucho en llegar. Las señales de radio son señales electromagnéticas, igualmente la luz son "señales" electromagnéticas. Para entender las diferentes frecuencias, los colores son la herramienta perfecta. Si nuestra radio escucha el color rojo ¿cómo es posible que otra radio no genere interferencias? porque la otra radio transmite en azul, de esa forma si estás en una habitación y te envían un mensaje en código morse por colores, puedes ignorar los colores que no te interesan y escuchar el color que sí te interesa. Tomemos como ejemplo a las legendarias sondas Voyager.

Las voyager transmiten a 25W aproximadamente así que piensen en un foco transmitiendo a 25W, eso sí con un foco enorme (la antena de la voyager mide 3.7m de diametro) y es igual que un espejo pero no para la luz visible sino para la frecuencia de las voyager (banda X, en torno a los 8GHz). Es fácil de entender que una bombilla de 25W se ve cada vez más "tenue" a medida que se aleja, verdad? ahí tenemos la atenuación. 

En tierra,  tenemos telescopios enormes que trabajan en la banda X, lo que pasa es que los llamamos "radiotelescopios" porque trabajan a frecuencias más bajas que las de la luz visible. Estas enormes antenas (72m!!!) son como antenas reflectores (tipo cassegrain) pero nuevamente para las frecuencias más bajas, para nosotros no parecen espejos pues no reflejan la luz visible pero las hemos construido para que sean espejos en la frecuencia señalada. 

Muy bien ¿pero porque transmiten tan lento? Si nuestra señal es débil se  puede suplir la falta de potencia reduciendo la velocidad de las comunicaciones. Por ejemplo las antenas más grandes de la NASA fueron actualizadas de 62 a 70m (o algo así) para aumentar la recepción de las señales de las Voyager en su llegada a Urano y Neptuno. Esto no es porque las voyager no podrían ser escuchadas a esas distancias si no que la emisión de datos serían muy lentas. New Horizons tiene una antena mas pequeña y para garantizar una correcta recepción de los datos, estos serán enviados a una velocidad de 1 kilobyte tal que solo las antenas de 70 metros de la Red de Espacio Profundo detectan tal señal.