Cosas curiosas: Velas espaciales

6.000-5.000 A.C. Los egipcios inventan la vela náutica permitiendo viajar grandes distancias, descubriendo lugares insospechados en la tierra, entre ellos uno de los más importantes allá por el año 1492 D.C. Unos 70 siglos más tarde de su invención.

Ahora le ha llegado la hora a las estrellas.

Empecemos por el principio. Hace casi 4 siglos, el astrónomo Johannes Kepler observó que la cola de los cometas no apuntan en dirección opuesta a su movimiento, como estamos acostumbrados a ver las cosas en la tierra, sino que se dibujan en dirección opuesta al Sol.

Ésto le hizo deducir que el Sol emitía un viento que empujaba las colas, y que deberíamos poder aprovechar ese viento creando velas para surcar el espacio.

Tan cerca pero tan lejos a la vez.

Johannes Kepler no se equivocaba en la idea de crear velas para surcar el espacio. Se equivocaba en la metodología. La mejor forma de impulsar una vela en el espacio no es mediante el viento solar, sino mediante el impulso de la luz solar.

Sí, la luz ejerce una fuerza sobre los objetos, y la explicación de ésto se lo debemos a la mecánica cuántica.

Cada vez que leo sobre mecánica cuántica

¿Cómo puede la luz ejercer una fuerza sobre los objetos? La explicación rápida es muy sencilla. Lo que nosotros llamamos comúnmente luz, es en realidad es una radiación electromagnética formada por partículas, las cuales se les llama fotones, y aquí es donde viene la magia. Los fotones son unas partículas un poco "especiales" que presentan el fenómeno cuántico dualidad onda-corpúsculo.

El fenómeno dualidad onda-corpúsculo significa que, según la situación, una partícula se puede comportar como onda o también como partícula con masa.

En la física de "toda la vida", estamos acostumbrados a tener una clara diferencia entre onda y partícula. Las ondas son simplemente variaciones en el espacio (presión, campos magnéticos, etc), sin transportar masa, nada más que energía, y las partículas con masa son eso, "objetos" minúsculos que pesan, poco, pero algo pesan, y como tales, en cuanto golpean a otro objeto, le transfieren su energía, es decir, lo "empujan".

¿Qué significa esta parrafada? Pues que la luz, al estar formada por fotones que también se comportan como partículas con masa, es posible que empujen otras partículas al golpearlas. La luz empuja, sí. Es algo que se empezó a debatir cuando se descubrió la presión de radiación, ya que la luz es una radiación electromagnética.

¿Es algo notable? Por supuesto. El tema que estábamos hablando al principio del post, la cola de los cometas, se ven en dirección opuesta al Sol por este motivo.

Algo más llamativo, el primer satélite de comunicaciones que lanzó el ser humano en 1960, el Echo-1, sufrió ésta presión, destrozando a golpes los fotones la delgada película que formaba el exterior del satélite.

Pero no es la primera vez que un satélite de la NASA es afectado por la presión de la luz solar. En 1974 la sonda espacial Mariner 10 se quedó corta de combustible al intentar realizar sus tareas alrededor del planeta Mercurio, así que los controladores tuvieron la idea de orientar los paneles solares de forma que pudieran aprovechar la presión de la luz solar para ahorrar combustible. Y gracias a unos tíos espabilados de la NASA se demostró la viabilidad de las velas solares, aunque fuera por accidente.

¡Oh sí, nena! ¡Ciencia!

Desde ese momento han habido varios intentos, fructuosos e infructuosos de lanzar satélites de pruebas con velas solares al espacio.

La primera aplicación funcional de una vela solar como tal, ha sido en los satélites de comunicaciones INSAT de la India, donde utilizan velas para compensar el giro que genera la presión solar en los paneles solares.

"Pero eso no es navegación espacial". Poco a poco, amijo. Hasta el año 2010 no se lanza con éxito el primer satélite con una vela solar como medio de impulso: IKAROS, fabricado por ¿Mitsubishi? y tan sólo por 13 millones de Euros. Una ganga señora.

Mitsubishi. Desde aires acondicionados hasta satélites. Not bad.

La sonda IKAROS tiene como destino Venus, y pretende demostrar la viabilidad de los motores híbridos (Mitsubishi y sus motores híbridos, hasta en el espacio). El impulso de esta sonda no es 100% vela solar, sino que también utiliza un motor de iones, pero bueno, por algo se empieza.

Selfie del satélite IKAROS con una cámara autoexpulsada

El problema de las velas solares es que, como imaginaréis, producen muy poco impulso. Por ejemplo, la presión que ofrece la luz solar a una distancia aproximada de la tierra es de 10 gramos por hectárea, así que una vela solar puede necesitar un día entero para aumentar su velocidad en 100 Km/h. Eso en el espacio es muy muy pero muy poco. La ventaja con respecto a los motores de propulsión que utilizamos ahora es que es una aceleración contínua, así que, aunque un motor de propulsión consiga mucha más velocidad en mucho menos tiempo, tiene un impulso total limitado.

Veremos dentro de 70 siglos qué nos encontramos por el espacio. Como dijo Louis Friedman: "Las velas solares son el único medio conocido para lograr vuelos interestelares prácticos".