Este año, el Instituto de la NASA para Conceptos Avanzados (NIAC) ha seleccionado una docena de novedosas ideas que podrían conducir a cambios revolucionarios en el modo en que exploramos el cercano y lejano sistema solar. Entre estos conceptos avanzados se incluye una propuesta de motor positrónico.

Resumen - (30 Junio 2005) Este año, el Instituto de la NASA para Conceptos Avanzados (NIAC) ha seleccionado una docena de novedosas ideas que podrían conducir a cambios revolucionarios en el modo en que exploramos el cercano y lejano sistema solar. Entre estos conceptos avanzados se incluye una propuesta encabezada por el Dr. Gerald A. Smith, de la firma Positronics Research LLC, Santa Fe, N.M., cuyo “Vehículo de Transporte Espacial para Misiones Planetarias Accionado y Propulsado por Positrones” podría conducir al tipo de sistema de propulsión de alto rendimiento necesario para ir hasta allí y volver, sin necesidad de carretar consigo vastas cantidades de combustibles químicos y oxidantes durante el viaje.

Ilustración por computadora de un potencial motor de antimateria. Crédito de la imagen: Positronics Research LLC.

Historia Completa - Todos hemos jugado a la “pídola” de niños, mientras un niño se pone en cuclillas el siguiente se apoya en sus hombros para saltar por encima del primero. ¿El resultado? Ahora el segundo niño se agacha y el siguiente salta sobre él como una rana, y todos siguen su turno. No es la mejor manera de fabricar un sistema de oscilación – pero es muy divertido si se hace en la compañía adecuada.

El salto de la rana, sin embargo no es lo mismo que el “tirón de cordones”. Ya que en este otro juego, un único jugador se agacha y se agarra a los cordones de ambas botas dándoles un par de vueltas en sus manos. El jugador entonces, hace un tremendo empuje hacia arriba con sus brazos. El salto de la rana funciona, pero el tirón de cordones no, simplemente no puede hacerse sin que generalmente pase otra cosa completamente diferente a lo esperado.

El Instituto de la NASA para Conceptos Avanzados (NIAC) cree en el salto de la rana, no en el patio del colegio sino el marco aeroespacial. Desde la propia web del instituto: “NIAC anima a los que envían sus propuestas a adelantarse décadas en el futuro en busca de conceptos que puedan hacer un “salto de rana” en la evolución de los sistemas aeroespaciales actuales. “El NIAC está buscando un puñado de buenas ideas y está ansioso por apoyarlas ofreciendo garantías de 6 meses a estos semilleros para probar que los conceptos sean factibles antes de aportar cantidades serias destinadas a financiar su investigación y desarrollo – los fondos pueden ser aportados por la NASA u otras fuentes. Con suerte, esas semillas podrían germinar y gracias a futuras inversiones podrían crecer hasta madurar.

Sin embargo, eL NIAC quiere separar las ideas tipo “pídola” de las “tirón de cordones”. Unas funcionan, otras simplemente no tienen sentido. Según el NIAC, el motor positrónico podría conducir a un salto gigante hacia delante en el modo que tenemos de viajar por el sistema solar y más allá. Probablemente no hay nada de tirón de cordones en este concepto.

Consideremos al positrón – ya su mellizo especular, el electrón – como gemelos humanos, una cosa bastante rara. Al contrario que los gemelos humanos, es poco probable que el positrón sobreviva al parto. ¿Por qué? Pues porque los positrones y sus hermanos – los electrones – se encuentran irresistibles los unos a los otros y se aniquilan rápidamente en una explosión suave de rayos gamma. Pero esa explosión, bajo circunstancias controladas, puede convertirse en cualquier forma de ‘trabajo’ que deseemos hacer.

¿Necesita luz? Mezcle un positrón y un electrón, luego irradie un gas hasta que se vuelva incandescente. ¿Necesita electricidad? Mezcle otro par e irradie una banda de metal. ¿Necesita empuje? Dispare esos rayos gamma contra un combustible, caliéntelo hasta que alcance temperaturas de una altura exagerada y expulse el combustible por la parte de atrás del cohete. O dispare esos rayos gamma contra una chapa de tungsteno situada en una corriente de aire, e inyecte ese aire caliente hacia fuera por la parte trasera de un avión.

Imagine que contamos con un suministro de positrones - ¿que podríamos hacer con ellos? Según Gerald A. Smith, investigador principal de Positronics Research, LLC de Santa Fe (Nuevo México), se podría estar a punto de ir a cualquier parte, “la densidad energética de la antimateria es 10 órdenes de magnitud mayor que la de los combustibles químicos y tres órdenes de magnitud mayor que la energía nuclear por fisión o fusión”.

¿Y qué significa eso en términos de propulsión? Menos peso, mucho, mucho, mucho menos peso”.

En sistemas de propulsión químicos, el 55% del peso asociado a la sonda Huygens-Cassini, enviada a explorar Saturno, se localiza en los tanques de combustible de y oxidantes de la sonda. Mientras tanto, para lanzar esta nave, cuyo peso era de 5.650 kilos, fuera de la Tierra, se necesitó un vehículo que pesaba 180 veces más que la sonda Cassini-Huygens completamente cargada de combustible (1.032.350 Kgs).

Solo usando los números del Dr. Smith – y considerando únicamente el empuje necesario por la Cassini-Huygens para maniobrar usando aniquilación de positrones-electrones, los 3.100 Kgs. de propelente químico cargados originalmente en 1997 en la sonda podrían haberse reducido a apenas 310 microgramos de electrones y positrones – menos materia que la que se encuentra en una sola gota atomizada del rocío de la mañana. Y con esta reducción de masa, el peso total del lanzamiento desde Cabo Cañaveral a Saturno podía haberse reducido fácilmente a la mitad.

Pero la aniquilación positrón-electrón es como tener mucha abundancia de aire y absolutamente nada de gasolina – su coche no llegaría muy lejos solo con oxígeno. Los electrones están por todas partes, mientras que los positrones no se encuentran disponibles en la Tierra de forma natural. De hecho, en el lugar en el que surgen – cerca del horizonte de sucesos de los agujeros negros o durante cortos periodos de tiempo tras la entrada de partículas de alta energía en la atmósfera terrestre – enseguida se encuentran con uno de esos ubicuos electrones y se convierten en fotones. Por esta razón hay que fabricárselos uno mismo.

Entre en el acelerador de partículas

Algunas compañías, como Positronics Research, encabezada por el Dr. Smith, están trabajando en tecnologías inherentes al campo de los aceleradores de partículas – como el Acelerador Lineal Stanford (SLAC) situado en Menlo Park, California. Los aceleradores de partículas crean positrones usando técnicas de producción de pares electrón-positrón. Esto se logra mediante el impacto de un haz de electrones acelerados relativisticamente contra un objetivo de tungsteno de alta densidad. El haz de electrones se convierte entonces en fotones altamente energéticos que se mueven a lo largo del tungsteno y se convierten en conjuntos emparejados de electrones y positrones. El problema, una vez que el Dr. Smith y otros creen los positrones, radica en la dificultad de atraparlos, almacenarlos, transportarlos y emplearlos de forma efectiva.

Mientras tanto, durante la producción de pares, todo lo que en realidad hemos hecho es empaquetar un lote completo de la energía destinada a la Tierra en una cantidad extremadamente pequeña de combustible altamente volátil pero con un peso extremadamente ligero. Este mismo proceso es extremadamente ineficiente y presenta retos tecnológicos enormes si queremos acumular suficientes antipartículas como para accionar una nave capaz de viajar en el Gran Más Allá espacial a buena velocidad, haciendo posible las expediciones de las grandes sondas espaciales y los vuelos espaciales tripulados. ¿Cómo es probable que se lleve a cabo todo esto?

Según el Dr. Smith, “durante muchos años, los físicos han obtenido con dificultad los positrones de los objetivos de tungsteno haciendo que choquen con materia, ralentizándolos alrededor de mil veces para poder usarlos en los microscopios de alta resolución. Este proceso es horripilantemente ineficiente, solo una millonésima parte de los positrones sobreviven. Para viajar en el espacio necesitamos incrementar al menos mil veces la eficiencia de la ralentización. Tras cuatro años de duro trabajo en nuestros laboratorios, usando trampas electromagnéticas, nos estamos preparando para poder capturar y enfriar cinco billones de positrones por segundo en los próximos años. Nuestro objetivo a largo plazo es lograr cinco cuatrillones por segundo. A este ritmo, podríamos suministrar el combustible para el primer viaje propulsado por positrones en cuestión de horas”.

A pesar de que es cierto que un motor de aniquilación de positrones requiere también un propelente (normalmente en forma de gas hidrógeno comprimido), la cantidad del propio propelente se reduce en casi un 10% comparado con el que necesita un cohete convencional – ya que no es necesario un oxidante para que reaccione con el combustible. Entre tanto, las naves futuras podrían de hecho ser capaces de capturar su propio propelente a partir del viento solar y del medio interestelar. Esto conduciría así mismo a una reducción significativa en el peso de lanzamiento de las naves espaciales.

Escrito por Jeff Barbour

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Fuente: Universe Today

Traducido y compilado por Miguel Artime para: