Un sistema de propulsión por rayos láser podría enviar misiones a Marte en solo 45 días

Las misiones tripuladas a Marte podrían ser una realidad en la próxima década. NASA y la agencia espacial china planean poner en marcha sus mejores cohetes para llevar astronautas en el planeta vecino, pero esto supone un rosario de desafíos tecnológicos y logísticos. Uno de ellos es el riesgo evidente para la salud del larguísimo viaje a Marte, y el coste en combustible que supondría. Un nuevo estudio sugiere usar rayos láser para enviar estas misiones en solo 45 días de manera eficiente.

Un equipo de investigadores de la Universidad McGill de Montreal ha evaluado el potencial de este novedoso sistema de propulsión mediante rayos láser.

Usando la tecnología actual el tiempo de viaje dura de seis a nueve meses, y solo puede lanzarse en momentos concretos cada dos años, aproximadamente, cuando la Tierra y Marte están en los puntos más cercanos entre sí de su órbita (lo que se conoce como “oposición”). Incluso con propulsión nuclear-térmica o nuclear-eléctrica (NTP/NEP), como se ha sugerido anteriormente, el viaje de ida podría tardar 100 días en llegar a Marte.

La investigación fue dirigida por Emmanuel Duplay, un graduado de McGill y actual estudiante de Maestría en Ingeniería Aeroespacial en TU Delft. Los resultados se han presentado recientemente a la revista Astronomy & Astronomy y están disponibles en arXiv.

En los últimos años, la propulsión de energía dirigida (DE) ha sido objeto de considerable investigación e interés. Existe un concepto para una nave espacial láser-eléctrica que está siendo investigada por la NASA y como parte de un estudio colaborativo entre UCSB (Universidad de California Santa Bárbara y MIT).

Para esta aplicación, los láseres se utilizan para entregar energía a los conjuntos fotovoltaicos en una nave espacial, que se convierte en electricidad para alimentar un propulsor de efecto Hall (motor de iones). Esta idea es similar a un sistema de propulsión nuclear-eléctrica (NEP), donde una matriz de láser toma el lugar de un reactor nuclear.

Como explicó Duplay a Universe Today, su concepto está relacionado pero es diferente: "Nuestro enfoque es complementario a estos conceptos, ya que utiliza el mismo concepto de láser de matriz en fase, pero usaría un flujo de láser mucho más intenso en la nave espacial para calentar directamente el propulsor, similar a una caldera de vapor gigante. Esto permite que la nave espacial acelere rápidamente mientras aún está cerca de la Tierra, por lo que el láser no necesita enfocarse tan lejos en el espacio.

"Nuestra nave espacial es como un coche de carreras que acelera muy rápido mientras aún está cerca de la Tierra. Creemos que incluso podemos usar el mismo motor de cohete impulsado por láser para devolver el propulsor a la órbita terrestre, después de que haya lanzado el vehículo principal a Marte, lo que le permitirá reciclarlo rápidamente para el próximo lanzamiento".

En este sentido, el concepto propuesto por Duplay y sus colegas es similar a un sistema de propulsión nuclear-térmica (NTP), donde el láser ha tomado el lugar de un reactor nuclear. Además de propulsor de hidrógeno y DE, la arquitectura de misión para una nave espacial láser térmica incluye varias tecnologías de otras arquitecturas.

Como indicó Duplay, incluyen "rayos láseres de fibra óptica que actúan como un solo elemento óptico, estructuras espaciales inflables que se pueden usar para enfocar el rayo láser cuando llega a la nave espacial a la cámara de calentamiento, y el desarrollo de materiales de alta temperatura que permitan a la nave espacial romper contra la atmósfera marciana al llegar".

Este último elemento es esencial dado que no hay una matriz de láser en Marte para desacelerar la nave espacial una vez que llega a Marte. "El reflector inflable es una clave de otras arquitecturas de energía dirigida: diseñado para ser altamente reflectante, puede soportar una mayor potencia de láser por unidad de área que un panel fotovoltaico, lo que hace que esta misión sea factible con un tamaño de matriz de láser modesto en comparación con la propulsión por láser eléctrico", añadió Duplay.

Al combinar estos elementos, un cohete láser-térmico podría permitir tránsitos muy rápidos a Marte que serían tan cortos como seis semanas, algo que antes solo se consideraba posible con motores de cohetes de propulsión nuclear. El beneficio más inmediato es que presenta una solución a los peligros de los tránsitos en el espacio profundo, como la exposición prolongada a la radiación y la microgravedad.