El lanzamiento del robot sonda a otra estrella es una escala completamente diferente en relación con el lanzamiento de la sonda en los confines del sistema solar.
Dado que la estrella más cercana a nosotros está a una distancia de más de 4 años luz, debemos acostumbrarnos a los retrasos de comunicación a largo plazo: un vehículo aéreo interestelar no tripulado deberá tener una sonda múltiple que sea capaz de explorar varios medios de forma autónoma.
En conjunto, es probable que la sonda estelar tenga su propio programa de exploración espacial, que comienza como un paquete del sistema de transporte, que está destinado al proyecto de Icarus de misiles híbridos. Sin embargo, los misiles híbridos no se escalan bien y tienen un tamaño mínimo, generalmente cientos de toneladas.
Esto es similar a cómo enviamos todo un programa de exploración a otro sistema estelar, y aunque este no es el problema principal, requiere hacer muchas cosas de manera diferente; será un cambio de paradigma en nuestro enfoque y pensar cómo explorar el espacio. Ni un solo cosmódromo puede proporcionar recursos para colocar un vehículo en órbita o entregar cientos o miles de toneladas de combustible a un cohete híbrido.
El diseño del cohete híbrido "Firefly" se diseñará para volar a Alpha Centauri en 100 años, tendrá una masa de alrededor de 1500-3000 toneladas y deberá transferir combustible de deuterio en una cantidad que sea 19 veces mayor que su propia masa. Por lo tanto, alrededor de 30.000-60.000 toneladas de equipo y combustible se pueden lanzar en órbita.
Por razones de seguridad, el cohete híbrido debe lanzarse desde una órbita mucho más alta que la habitual cerca de la Tierra (LEO), donde se encuentran la Estación Espacial Internacional y otros vehículos tripulados. Probablemente, estas serán órbitas constantes entre la Tierra y la Luna, por ejemplo, el punto de Lagrange o la órbita de Halo. Sin embargo, para transportar 60,000 toneladas entre órbitas se requerirá una infraestructura de transporte seria. En el mediano plazo (una o dos décadas), el cohete privado de SpaceX planea lanzar 100 toneladas de carga útil a Marte para apoyar la construcción. El uso de cohetes químicos, como el Falcon Heavy, significará que la masa del Mars Colonial Transporter será de al menos 600 toneladas. El lanzamiento a la órbita lunar requerirá tanto combustible como a la órbita de Marte. Entonces, para una sonda espacial con una masa de 60,000 toneladas, se necesitarán 360,000 toneladas de carga útil (principalmente combustible), este será el caso cuando se usen solo cohetes químicos. Tales costos serán excesivos.
Sin embargo, considere esta situación: a menudo no pensamos en cuánto pesan nuestras fuentes de energía. Con 1 gigavatio de capacidad de energía de carbón, que opera con una eficiencia del 35 por ciento, requiere 0, 1 toneladas de carbón por segundo. Durante el año, quema 3,000,000 de toneladas de carbón y produce 10,000,000 de dióxido de carbono y unas 150,000 de cenizas.
Sorprendentemente, dada la moderna nave espacial en miniatura, observe el lanzamiento de miles de toneladas de carga útil en órbitas cercanas a la tierra. A fines de la década de 1970, la NASA, por ejemplo, realizó una investigación sobre la construcción de satélites solares gigantes en la órbita geoestacionaria de la Tierra, aunque los resultados de estas encuestas son solo en papel. Pero ya ha quedado claro que las arquitecturas de transporte pueden aplicarse bien en la construcción de una sonda interestelar. Tanto Japón como China han expresado interés en lanzar satélites con energía solar, al menos en forma de demostración desde la década de 2030 y comercializarlos en 2050.
Por lo tanto, cuando se construye la sonda interestelar, es posible que para ese momento las infraestructuras estén disponibles en el espacio exterior para respaldar el proceso de construcción. La base de la infraestructura de transporte orbital está prevista de la siguiente manera:
- Primero, la entrega de cargas útiles y combustible a órbita se organizará para aquellos que van a visitar órbitas más altas. Esta será la mejor opción, los vehículos de lanzamiento verdaderamente reutilizables, como las versiones avanzadas de la serie SpaceX de la compañía Falcon, que pueden existir de diez a veinte años, o el Skylon híbrido del cohete europeo.
- En segundo lugar, una vez en la órbita terrestre, el propulsor necesario para enviar la carga útil a la órbita geoestacionaria continuará siendo reemplazado de forma masiva por combustible no químico de cohetes, como la energía nuclear térmica, así como la energía solar térmica y solar. Requieren un volumen mucho más pequeño de propelente para entregar la carga útil a órbitas más altas y, dependiendo del sistema elegido, esto puede llevar días o meses.
Vale la pena pensar en la escala de los sistemas de transporte necesarios para apoyar la construcción de, por ejemplo, una central de energía solar por satélite. Un típico 1 gigavatio de ATP pesará alrededor de 10,000 toneladas. La necesidad global de energía está creciendo. La demanda actual es de aproximadamente 500 gigavatios por año, por lo tanto, para suministrar la mitad de la energía requerida mediante una planta de energía solar por satélite requerirá la construcción de aproximadamente 250 satélites por año, aproximadamente 2.5 millones de toneladas de hardware para estar en órbita.
Se espera que el combustible de Ícaro sea deuterio extraído del mar. Sin embargo, tan pronto como SpaceX cree una cabeza de puente en Marte y se establezca la infraestructura de transporte, los científicos comenzarán activamente una opción más óptima. Varias compañías ya tienen la intención de explorar los recursos potenciales de los asteroides. También se puede crear un mercado muy lucrativo allí en un par de décadas, pero sucederá si los materiales de SPS se pueden obtener de los recursos ubicados en el espacio con costos más bajos que con los suministros del cosmódromo de la Tierra. Más convincente es la versión de que el combustible principal para una sonda estelar, el deuterio, en Marte y en la Luna, existe en porcentajes mucho más altos que en la Tierra. Los átomos de deuterio son dos veces más pesados que el hidrógeno ordinario porque es un isótopo. Las mediciones recientes de la presencia de deuterio en los casquetes polares de Marte han demostrado que su contenido será al menos 8 veces mayor que el valor promedio en la Tierra. También se encontró evidencia de que la luna tiene una gran cantidad de hielo, derivado del hidrógeno, que llegó allí con el viento solar y los cometas, y la luna debería ser aún más rica en deuterio que Marte.
Por lo tanto, cuando llegue el momento de la construcción de una nave estelar, es posible que ya haya combustible y materiales que se obtendrán fácilmente de fuentes extraterrestres.
Para optimizar el costo del transporte de combustible para el barco, el nuevo y poderoso sistema se puede utilizar completamente para transportar muchos otros cargamentos a granel. El explorador finlandés Pekka Janhunen ofrece el E-Sail, un diseño conceptual especial que crea una vela solar a partir de cables eléctricos cargados.
El viento solar consiste en una corriente de plasma de alta velocidad que emana del sol, que fluirá alrededor del campo eléctrico creado por los cables, creando la tracción necesaria. Este invento se anunció con una breve descripción en 2004, se probó en una serie de satélites y la Agencia Espacial Europea planea lanzarlo. Una vela electrónica en pleno funcionamiento podrá remolcar deuterio recuperado de prácticamente cualquier fuente del sistema solar, como Marte o asteroides, así como cualquier otra carga. Estas invenciones también se pueden usar como "vehículos de remolque gravitacionales" para asteroides que son peligrosos para una colisión con la Tierra, o incluso para moverlos a órbitas nuevas y más útiles. La actividad de producción en el espacio requerirá la construcción de un barco y muchas otras aplicaciones, y este hecho confirma la ventaja del programa Apollo, que hizo posible que la gente aterrizara en la Luna. La revolución de la microelectrónica en los años 70 y 80 se debe mucho a "un salto gigante de la humanidad". Después de todo, muchos nuevos procesos de producción se inventaron con bastante rapidez y se capacitó a muchos científicos en los campos de la física, la ingeniería y la informática.
La buena suerte favorece a quienes saben qué beneficios inimaginables se derivarán de lo que creará una nave espacial.
