Una vela solar eléctrica para viajar a Urano en cinco años
Viajar al Sistema Solar exterior es difícil. Y caro también, vale. Pero, por encima de todo, es lento. Baste como ejemplo la sonda New Horizons, que fue lanzada en 2006 y llegará en 2015 a su meta, Plutón. Nueve añitos de nada para cruzar el Sistema Solar. Y mejor será que nos acostumbremos a este panorama hasta que no inventemos sistemas de propulsión avanzados. Pues bien, uno de estos sistemas es la vela solar eléctrica o E-Sail.
A diferencia de las velas solares tradicionales -como la japonesa Ikaros-, una vela solar eléctrica no se propulsa por la presión de radiación de la luz del sol, sino por el viento solar. El principio es simple. Una nave despliega varias decenas de cables (entre 50 y 100) a su alrededor con simetría circular. Los cables, con una longitud de unos veinte kilómetros y con un espesor de apenas 25-50 micras, se someten a un voltaje de unos 20000 voltios mediante un cañón de electrones, de tal forma que se genera un campo eléctrico positivo que frena los protones del viento solar cuando chocan contra la vela virtual. Los protones proporcionan momento a la nave y ésta se mueve. Así de simple. El concepto de vela solar eléctrica es antiguo, pero el diseño concreto de E-Sail fue propuesto en 2006 por el finlandés Pekka Janhunen, del Instituto Meteorológico Finlanés. Janhunen y sus colegas prefieren usar el término ‘vela solar’ a secas, pero no creo que sea muy buena idea. Probablemente se confundiría muy fácilmente con una vela fotónica tradicional.
La E-Sail tiene sus pegas. Al depender del viento solar, no funcionaría bien dentro de las magnetosferas de los planetas y, a diferencia de las velas fotónicas, solamente pude variar su empuje en unos 30º con respecto a la dirección de avance. Todo esto no parece ser muy espectacular, pero es más que suficiente si lo que queremos es explorar el Sistema Solar exterior.
Veamos de lo que es capaz este bicho. El empuje proporcionado por una vela solar eléctrica sería muy pequeño, del orden de 0,5 newtons a la distancia que se encuentra la Tierra del Sol. Pero al ser constante permitiría alcanzar altas velocidades en unos años. Por ejemplo, una sonda de 550 kg tardaría 5,3 años en llegar a Urano u 8 años en alcanzar Neptuno. Naturalmente, el tiempo de vuelo se puede reducir si reducimos la masa aún más (tres años a Urano para una sonda de 300 kg).
Una de las aplicaciones más interesantes de E-Sail sería enviar una sonda atmosférica para el estudio de Urano o Neptuno parecida a la que transportaba la misión Galileo de la NASA. No olvidemos que el estudio de los gigantes de hielo es prioritario para la comunidad científica internacional. El hecho de que la mayoría de exoplanetas detectados hasta la fecha tengan una masa igual o inferior a la de Urano o Neptuno ha vuelto este objetivo aún más interesante si cabe.
La sonda llevaría una vela solar eléctrica de 540 vatios y 100 kg (sí, los cables son muy finos, así que el peso total es pequeño), un módulo de 150 kg con los sistemas de comunicaciones y 35 kg combustible para maniobras de hasta 0,2 km/s y, por último, una cápsula atmosférica de 300 kg que entraría en la atmósfera de Urano a unos 28 km/s. Una alternativa es mandar un orbitador de 800 kg en vez de una sonda atmosférica, en cuyo caso el tiempo de vuelo hasta Urano sería de 9,6 años.
La misión E-Sail a Urano sería más o menos algo así: un lanzador convencional situaría a la sonda en una trayectoria de escape con respecto a la Tierra. La E-Sail desplegaría sus cables ayudada por la fuerza centrífuga derivada de su rotación y, una vez activada, situaría la nave en una trayectoria hacia Urano. El módulo E-Sail se desprendería cuando la sonda cruzase la órbita de Saturno. A esas distancias el viento solar es demasiado tenue para ofrecer un empuje significativo. Ocho días antes del encuentro con Urano la cápsula atmosférica se separaría, mientras que el resto de la sonda maniobraría para evitar chocar con el planeta. Durante el feroz descenso por la atmósfera de Urano, la cápsula enviaría sus datos a la sonda, que los transmitiría posteriormente a la Tierra. Puesto que la sonda sólo funcionaría durante un periodo de tiempo limitado, quizás podría emplear paneles solares en vez de RTGs, aunque se vería obligada a usar plutonio-238 en calentadores RHUs para preservar los sistemas e intrumentos de las bajísimas temperaturas del Sistema Solar exterior.
La E-Sail también podría servir en un futuro lejano para sondas interestelares, bien como sistema de propulsión principal, bien como sistema de frenado dentro de un sistema solar alienígena. Pudiera parecer que este concepto es simple ciencia ficción, pero el 7 de mayo del año pasado se lanzó un pequeño cubesat llamado ESTCube-1 con un cable prototipo para una vela eléctrica tipo E-Sail. Su longitud era sólo de diez metros y el voltaje de 500 V, pero sirvió para demostrar las tecnologías relacionadas con este sistema.
Por supuesto, dudo mucho que veamos partir una E-Sail hacia Urano o Neptuno en muchos años, pero quién sabe, a lo mejor una década de estas nos llevamos una sorpresa.
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