Un sistema de propulsión de naves espaciales con cien millones de rayos láser emitidos desde la Tierra ha sido diseñado para explorar los mundos de nuestra segunda estrella más cercana, Alpha Centauri.
El proyecto Breakthrough Starshot requiere el diseño de una nave espacial ultraligera, que actúa como una vela ligera, para viajar a una velocidad sin precedentes a lo largo de decenas de billones de kilómetros hasta la estrella a unos cuatro años luz de distancia, llegando al destino en 20 años.
La gran escala y tamaño de las distancias interestelares entre los sistemas solares es difícil de comprender para la mayoría de las personas. Viajar desde la Tierra a Alpha Centauri utilizando las naves espaciales convencionales de hoy en día tomaría más de 100 vidas.
En un artículo reciente publicado en el Journal of the Optical Society of America B, el equipo de ANU (Australian National University), con el apoyo financiero de Breakthrough Initiatives, describe su concepto de diseño para el sistema de propulsión láser que se utilizará para lanzar las sondas desde la Tierra.
El autor principal, el doctor Chathura Bandutunga, dijo en un comunicado que la luz para impulsar la vela vendrá de la superficie de la Tierra: una matriz láser gigante con millones de láseres que actúan en concierto para iluminar la vela y empujarla hacia su viaje interestelar.
"Para cubrir las vastas distancias entre Alpha Centauri y nuestro propio sistema solar, debemos pensar fuera de la caja y forjar una nueva forma de viajes espaciales interestelares", explica Bandutunga, de los Laboratorios de Metrología Aplicada en el Centro ANU de Astrofísica Gravitacional.
"Una vez en camino, la vela volará a través del vacío del espacio durante 20 años antes de llegar a su destino. Durante su sobrevuelo de Alpha Centauri, registrará imágenes y mediciones científicas que transmitirá a la Tierra".
El equipo de ANU tiene experiencia en diferentes áreas de la óptica que abarcan astronomía, instrumentación de ondas gravitacionales, sensores de fibra óptica y matrices ópticas en fase.
El científico fundador que fue pionero en el nodo ANU de este proyecto, el doctor Robert Ward, dijo que una parte importante de esta gran visión es el desarrollo de la matriz láser, en particular, el diseño de un sistema para que todos los láseres actúen como uno solo.
CIEN MILLONES DE RAYOS LÁSER GUIADOS CON UN SATÉLITE
"El programa Breakthrough Starshot estima que la potencia óptica total requerida es de aproximadamente 100 GW, aproximadamente 100 veces la capacidad de la batería más grande del mundo en la actualidad", dijo Ward, de la Escuela de Investigación de Física de ANU. "Para lograr esto, estimamos que el número de láseres necesarios es de aproximadamente 100 millones".
El investigador y colega, el doctor Paul Sibley, dijo que uno de los principales desafíos que abordamos es cómo realizar mediciones de la deriva de cada láser.
"Usamos una señal digital aleatoria para codificar las medidas de cada láser y codificar cada una por separado en el procesamiento de señales digitales", dijo.
"Esto nos permite seleccionar sólo las medidas que necesitamos de un vasto revoltijo de información. Luego podemos dividir el problema en pequeñas matrices y unirlas en secciones".
Para orquestar el espectáculo, el diseño de ANU requiere un satélite Beacon, un láser guía colocado en la órbita terrestre que actúa como conductor, uniendo todo el conjunto de láser.
El profesor Michael Ireland de la Escuela de Investigación de Astronomía y Astrofísica de la ANU dijo que el diseño del "motor" láser requiere una compensación para la atmósfera.
"A menos que se corrija, la atmósfera distorsiona el rayo láser saliente, provocando que se desvíe de su destino previsto", dijo.
"Nuestra propuesta utiliza una estrella guía láser. Se trata de un pequeño satélite con un láser que ilumina la matriz desde la órbita terrestre. A medida que la estrella guía láser pasa a través de la atmósfera en el camino de regreso a la Tierra, mide los cambios debidos a la atmósfera.
"Hemos desarrollado el algoritmo que nos permite utilizar esta información para corregir previamente la luz saliente de la matriz".
Bandutunga dijo que, al igual que la eventual vela ligera, esta investigación está al comienzo de un largo viaje. "Si bien confiamos en nuestro diseño, la prueba está en el pudín", dijo.
"El siguiente paso es comenzar a probar algunos de los bloques de construcción básicos en un entorno de laboratorio controlado. Esto incluye los conceptos para combinar arreglos pequeños para hacer arreglos más grandes y los algoritmos de corrección atmosférica".
