Estos son los propulsores que nos pueden llevar a las estrellas

A mediados de 2014 un grupo de investigadores del Johnson Space Center de NASA anunciaban que un nuevo tipo de motor ideado en el año 2000 por el británico Roger Shawyer podía ser posible: el EmDrive, también llamado propulsor de cavidad resonante de radiofrecuencia. Se trata de un motor que usa para impulsarse las microondas que se generan en un magnetrón; no necesita de ningún combustible, solo de una fuente eléctrica para generar las microondas.

El problema del diseño de Shawyer, señalan sus críticos, es que parece violar uno de los más sacrosantos principios de la física, el de la conservación del momento lineal, el producto de la masa por la velocidad. Como este motor no expele propelente como los cohetes convencionales, no hay nada que compense el cambio en el momento lineal de la nave cuando empieza a acelerar. Las leyes de la física dicen que si una nave parte del reposo el producto de su masa por su velocidad debe ser igual al producto de la masa por la velocidad de los gases expulsados por el motor. Pero si en este caso no se expulsa nada, ¿cómo se moverá? 

El Johnson Space Center pareció demostrar que esa crítica no tenía fundamento y que un motor EmDrive sí cumplía ese principio de conservación, pues probaron con éxito este motor en el vacío. En 2021 científicos de la Universidad Tecnológica de Dresden repitieron la prueba de la NASA observando impulsos aparentes similares. Ahora bien, los científicos alemanes publicaron que todos los resultados publicados que mostraban empuje habían sido falsos positivos causados por fuerzas externas. Su conclusión fue un jarro de agua fría: "Nuestras mediciones refutan todas las afirmaciones de EmDrive en al menos 3 órdenes de magnitud”.

Con todo, sus defensores siguen inasequibles al desaliento. 

Debemos comprender esta ilusión: desde los años 1980 pocas propuestas de propulsión a las estrellas han visto la luz. Es por eso que en 2011 la Agencia de Proyectos Avanzados de Investigación (DARPA) del Pentágono anunció que iba a invertir medio millón de dólares para impulsar aquellas tecnologías necesarias para el viaje interestelar. 

El ramjet

Una de ellas –y la más probada-  es la llamada navegación solar, esto es, usar los fotones de luz de las estrellas o de láseres muy potentes como los marinos usaban el viento. En esencia este tipo de propulsión consiste en usar lo que rodea a la nave para propulsarla. Con esta idea en mente, Robert Bussard, mientras trabajaba en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, concibió su propulsor Ramjet en la década de los 1960. El principio es simple: con un campo electromagnético la nave atrapa el hidrógeno del medio interestelar necesario para hacer funcionar un reactor nuclear de fusión. Suponiendo una zona de recogida de 4 000 km, una nave de mil toneladas podría alcanzar una aceleración de un g en una región de gas interestelar también típica, donde hay un millón de átomos de hidrógeno por metro cúbico.

El único problema -y parece que siempre hay un 'pero'- es que el campo magnético necesario para recoger el hidrógeno tendría que ser 100 veces más potente que los obtenidos en la actualidad. En 1975 Daniel Whitmire modificó el diseño de Bussard introduciendo la fusión catalítica, en la que se emplea carbono y neón como catalizadores de manera que la reacción nuclear es ¡un trillón! de veces más rápida.

Otros ramjets se han ido desarrollando durante estos últimos años con la idea de hacer más efectiva la reacción nuclear empleando la menor cantidad de combustible, como es el RAIR (Ram Augmented Interstellar Rocket) del ingeniero británico Alan Bond, pero todas estas ideas han terminado chocando contra el verdadero problema: construir un reactor nuclear de fusión. Algo que, hasta el momento y a pesar del ITER, es una de las empresas más costosas y con resultados menos esperanzadores de la historia de la ciencia. Como dijo el premio Nobel de física francés Pierre-Gilles de Gennes, “decimos que vamos a poner el sol en una caja. Una idea bonita. El problema es que no sabemos cómo hacer la caja”.

Y no nos olvidemos del otro gran problema: cómo colectar el hidrógeno necesario para hacer funcionar el motor de la nave. Desde solenoides superconductores, capaces de generar un campo magnético lo suficientemente intenso y estable para capturar el combustible necesario, hasta el empleo de campos magnéticos y electrostáticos combinados, la fragilidad de estos inmensos embudos es evidente. Claro que siempre se pueden hacer paradas de reabastecimiento en planetas del tipo de Júpiter, prácticamente una estación de servicio de hidrógeno para este tipo de naves. Una vez desarrollada esta tecnología, muy bien podría utilizarse en la base lunar para recoger el hidrógeno del viento solar que, combinado con el oxígeno extraído de las rocas lunares, servirá como combustible para sus máquinas y coches.

El motor de antimateria

Si el ramjet parece tener un horizonte muy lejano, el propulsor que roza la ciencia ficción es el motor de antimateria, salido de la mente de uno de los mayores visionarios del viaje interplanetario, el físico norteamericano Robert L. Forward. La antimateria es, por decirlo de una manera simple, el espejo de la materia con la que estamos hechos. Cuando una partícula de antimateria, por ejemplo, un antiprotón, se encuentra con su correspondiente partícula de materia, se aniquilan totalmente; el 100% de la masa se libera en forma de energía. Así, si aniquilamos un kilo de materia con otro de antimateria se libera tanta energía como 40 millones de toneladas de TNT.

Teniendo esto presente, la velocidad límite teórica para este tipo de motor es la de la luz. Pero las cosas no son tan sencillas. El 40% de esa energía se libera en forma de letal radiación gamma con una energía cientos de veces mayor a la liberada en nuestras centrales nucleares. Esto implica que la nave debe estar fuertemente protegida de este tipo de radiación, aumentando considerablemente el peso muerto a transportar.

Pero lo primero que habría que hacer es rebajar los costes energéticos para que el motor fuera rentable: la cantidad de energía necesaria para obtener un kilo de antimateria como hacemos en nuestros aceleradores de partículas es un millón de veces la que se liberaría al aniquilar esta antimateria en un cohete. Si das más que obtienes, la pérdida es segura.

Y no hay más ideas: combustibles convencionales, velas solares, cohetes nucleares o de antimateria.

Referencias:

Brady, D.A.; White, H.G.; March, P.; Lawrence, J.T.; Davies, F.J. (2014). "Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum". 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference.

Bussard, R.W. (1960). "Galactic Matter and Interstellar Flight". Astronautica Acta. 6: 179–195

Tajmar, M.; Neunzig, O.; Weikert, M. (2022). "High-accuracy thrust measurements of the EMDrive and elimination of false-positive effects". CEAS Space Journal. 14 (1): 31–44

Winterberg, F. (2012). "Matter–antimatter gigaelectron volt gamma ray laser rocket propulsion". Acta Astronautica. 81 (1): 34–39