Starwisp es un diseño de sonda interestelar no tripulado hipotético propuesto por el fallecido Robert L. Forward . Es propulsado por una vela de microondas , similar en concepto a una vela solar , pero alimentada por microondas de una fuente artificial. Volaría a través del sistema objetivo sin disminuir la velocidad.
Descripción
"Starwisp" es un concepto para una sonda interestelar de masa ultrabaja impulsada por un haz de microondas. Fue propuesto por el científico y autor Robert L. Forward en 1985, [1] y Geoffrey A. Landis publicó un trabajo adicional en 2000. [2] El dispositivo propuesto utiliza propulsión de haz en forma de microondas de alta potencia. antena empujando una vela. La sonda en sí consistiría en una malla de cables de carbono extremadamente finos de unos 100 m de ancho, con los cables espaciados a la misma distancia que la longitud de onda de 3 mm de las microondas que se utilizarán para empujarla.
Forward propuso que los cables incorporarían circuitos de computadora a nanoescala , sensores, sistemas de recolección de energía de microondas y transmisores de radio de microondas fabricados en las superficies de los cables, dando a la sonda la capacidad de recopilar y transmitir datos. Al estar distribuida por toda la vela, no se necesita ningún "aparejo", como sería el caso si la electrónica de la misión se colocara en una sonda separada que fuera tirada por la vela.
El concepto original de Starwisp asumió que las microondas se reflejarían de manera eficiente, con la superficie de la malla de alambre actuando como un superconductor y un espejo casi perfectamente eficiente. Esta suposición no es válida. Landis demostró que una red absorberá una fracción significativa de la energía que incide en ella y, por lo tanto, no puede mantenerse lo suficientemente fría como para ser superconductora . El diseño está limitado térmicamente, de ahí el uso de carbono como material en el concepto de Landis.
La baja masa fue la característica clave de la sonda Starwisp. En los cálculos de Landis, la malla tiene una densidad de solo 100 kg / km 2 , para una masa total de 1 kg, más una carga útil de 80 gramos.
Aunque el límite de difracción restringe severamente el alcance de la antena transmisora, la sonda está diseñada para tener una aceleración extremadamente alta de 24 m / s 2 , de modo que pueda alcanzar una fracción significativa de la velocidad de la luz en una distancia muy corta, antes de pasando fuera de rango. La antena utiliza una lente de microondas de 560 km de diámetro, transmitiría 56 GW de potencia y aceleraría la sonda al 10% de la velocidad de la luz.
La sonda navegaría sin energía durante décadas hasta que finalmente se acercó a la estrella objetivo , momento en el que la antena que la lanzó volvería a apuntar su rayo a Starwisp. Esto se haría cuando el Starwisp estuviera aproximadamente al 80% del camino hacia su destino, de modo que el rayo y el Starwisp llegarían allí al mismo tiempo. A tan largo alcance, la antena no podría proporcionar ninguna propulsión, pero Starwisp podría usar su vela de alambre para recolectar y convertir parte de la energía de microondas en electricidad para operar sus sensores y transmitir los datos que recopila de regreso a casa. Starwisp no reduciría la velocidad en la estrella objetivo, sino que realizaría una misión de sobrevuelo de alta velocidad.
Dado que la antena solo se requiere durante unos días en el lanzamiento de Starwisp y nuevamente durante otros días varias décadas más tarde para alimentarla mientras pasa su objetivo, las sondas Starwisp pueden producirse en masa y lanzarse por el máser cada pocos días. De esta manera, se podría recopilar un flujo continuo de datos sobre sistemas solares distantes a pesar de que cualquier sonda Starwisp solo pasa unos días viajando a través de ella. Alternativamente, el transmisor de lanzamiento podría usarse mientras tanto para transmitir energía a la Tierra para uso comercial, como con un satélite de energía solar .
Posibles métodos de fabricación
Construir una sonda tan delicada sería un desafío importante. Un método propuesto sería "pintar" la sonda y sus circuitos en una enorme hoja de plástico que se degrada cuando se expone a la luz ultravioleta , y luego esperar a que la hoja se evapore bajo el asalto de los rayos ultravioleta solar después de que se haya desplegado en el espacio. .
Otro método propuesto señaló que los cables de la sonda Starwisp eran de la misma escala física que los cables y los elementos del circuito en los microchips de las computadoras modernas y podrían producirse mediante las mismas tecnologías de fabricación fotolitográfica que las de los chips de las computadoras. La sonda tendría que construirse en secciones del tamaño de las obleas de silicio de fabricación de chips actuales y luego conectarse entre sí.
Problemas técnicos
Un problema importante al que se enfrentaría este diseño sería la radiación que se encontraría en el camino. Viajando al 20% de la velocidad de la luz, el hidrógeno interestelar ordinario se convertiría en un peligro de radiación significativo, y el Starwisp estaría sin blindaje y probablemente sin capacidad de autorreparación activa. Otro problema sería mantener la aceleración del Starwisp lo suficientemente uniforme en el área de la vela para que sus delicados cables no se rasguen o se tuerzan. Distorsionar la forma del Starwisp, aunque sea levemente, podría resultar en una catástrofe descontrolada, ya que una parte del Starwisp reflejaría las microondas en una dirección diferente a la otra parte y se deformaría aún más. Un control tan delicado y finamente equilibrado puede resultar imposible de realizar.
La posibilidad de utilizar una vela de plasma polvorienta [ cita requerida ] en la que una sustancia polvorienta que se mantiene como plasma dentro del espacio es responsable del reflejo de la radiación electromagnética podría evitar problemas asociados con el daño por radiación al medio responsable de la transferencia de la presión de la radiación (Es posible que la vela de plasma polvorienta no sea tan fácil de dañar como una película delgada o similar). Las velas de plasma polvorientas también pueden adaptar su estructura tridimensional en tiempo real para garantizar la reflexión perpendicular a cualquier haz de luz / microondas incidente.
En ficción
- En una historia de ciencia ficción, Forward sugirió que el rayo de un satélite de energía solar podría usarse para empujar una sonda Starwisp mientras el satélite de energía solar se estaba probando después de la construcción. [3]
Ver también
- Breakthrough Starshot , una propuesta financiada para naves espaciales de tipo Starwisp impulsadas por láser
Referencias
- ^ Adelante, Robert (mayo-junio de 1985). "Starwisp: una sonda interestelar ultraligera". Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica Revista de naves espaciales y cohetes . 22 .
- ^ Landis, Geoffrey A. "Vela interestelar empujada por microondas: Starwisp revisitado" (documento AIAA-2000-3337, presentado en la36ª Conferencia y exposición conjunta de propulsión de AIAA , Huntsville AL, 17-19 de julio de 2000).
- ^ Adelante, Robert (diciembre de 1990). "Fundido a negro". Analógico .