En 1977, la Voyager 1 se convirtió en el primer objeto creado por el hombre en abandonar el sistema solar. Sin embargo, a las velocidades actuales se necesitarían más de 70.000 años para llegar a Alfa Centauri, el sistema estelar más cercano. Una nueva tecnología basada en el uso de velas ligeras podría acelerar significativamente el proceso de viaje interestelar.
Una vela ligera es una gran superficie reflectante desplegada frente a una nave espacial que utiliza luz solar o luz láser para impulsar la nave. En teoría, esto podría permitir alcanzar velocidades del 10% al 20% de la velocidad de la luz, lo que permitiría alcanzar Alfa Centauri en un plazo de 20 a 30 años.
Sin embargo, crear materiales que sean lo suficientemente reflectantes y ligeros para hacer esto posible ha sido un gran desafío. Investigadores de la Universidad de Delft en los Países Bajos y la Universidad de Brown en los EE. UU. utilizaron una tecnología de inteligencia artificial llamada optimización de la topología neuronal para crear una lámina de nitruro de silicio de nanómetros de espesor que podría hacer realidad esta idea.
“Esta misión requiere materiales de vela ligera que desafíen los fundamentos de la nanotecnología, requiriendo innovaciones en óptica, ciencia de materiales e ingeniería estructural”, escribió el equipo en una preimpresión publicada en arXiv.
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El método de los investigadores se inspiró en el proyecto Breakthrough Starshot, lanzado por Breakthrough Initiatives en 2016. Starshot pretende diseñar una flota de unas 1.000 pequeñas naves espaciales que utilizarían velas ligeras y un láser terrestre para llegar a Alfa Centauri en un plazo de 20 a 30 años. Las sondas llevarán cámaras y otros sensores para enviar datos a su llegada.
Para alcanzar las velocidades requeridas, la nave espacial tendría que ser increíblemente liviana: las sondas en sí tendrían sólo unos centímetros de ancho y pesarían unos pocos gramos. Pero para recoger suficiente luz, las velas deben tener una superficie de unos 100 pies cuadrados (9,29 metros cuadrados), por lo que se necesitan nuevos materiales ultraligeros para reducir su peso.
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Los investigadores utilizaron un enfoque basado en la creación de nanoestructuras ópticas llamadas “cristales fotónicos”, que consisten en una cuadrícula repetida de pequeños agujeros. Perforar millones o miles de millones de estos agujeros en un material reduce significativamente su peso, pero estas estructuras repetidas también crean efectos ópticos inusuales que pueden aumentar la reflectividad del material.
El equipo combinó una red neuronal con un programa de física computacional más tradicional para encontrar la configuración y forma más óptimas de los agujeros para minimizar la masa y maximizar la reflectividad. El resultado es una red de agujeros en forma de frijol de menos de 200 nanómetros de espesor.
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Utilizando litografía de flujo, en la que un láser utiliza una plantilla increíblemente detallada para crear agujeros en una oblea de nitruro de silicio, el equipo creó una muestra de 5,5 pulgadas cuadradas (35,53 centímetros cuadrados) que pesa sólo unos pocos microgramos. Los investigadores creen que este enfoque se puede ampliar fácilmente y predicen que crear una vela de tamaño completo llevará aproximadamente un día y costará alrededor de 2.700 dólares.
Stefania Soldini, de la Universidad de Liverpool, señaló que para que la misión Breakthrough Starshot tenga éxito, quedan muchos más desafíos de ingeniería por resolver, pero será fundamental encontrar una forma barata y rápida de producir velas ligeras.
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La NASA también está siguiendo activamente este enfoque. La agencia anunció la semana pasada que el programa de misión Advanced Composite Solar Sail System, lanzado a principios de este año, está a punto de zarpar por primera vez.
Si estos proyectos tienen éxito, quizás en unas pocas vidas seamos capaces de ver por primera vez, una visión más cercana del Universo más allá del sistema solar.
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