El efecto Oberth y la vela que podría impulsar la nueva carrera espacial

La NASA acaba de anunciar los nombres de los astronautas que protagonizarán las próximas misiones tripuladas de la agencia espacial a la Luna. Durante la primera mitad de 2021, tres naves de tres misiones diferentes aterrizarán en Marte. Y antes de que acabe esta década, Elon Musk, CEO de SpaceX, asegura que habrá personas caminando sobre el planeta rojo. ¿Estamos en los inicios de una nueva carrera espacial?

Más allá de estos planes, nuestra tecnología actual establece de forma clara la frontera de nuestra exploración física del universo. La sonda Voyager 1 lleva viajando por el espacio desde 1977 y, técnicamente, todavía no ha abandonado el sistema solar. Aun así, y también a pesar de que solo dispone de 64 megas de memoria que almacena en una cinta, sigue funcionando y recopilando datos para nosotros.

De forma paralela a las estrategias de exploración de las diferentes agencias espaciales, varias instituciones científicas y empresas buscan alternativas de propulsión para las naves, métodos diferentes a los actuales que nos impulsen más allá de nuestras fronteras. Es así como los investigadores del Max Planck lograron diseñar una vela solar capaz de aprovechar lo que se conoce como efecto Oberth.

¿Una nueva carrera espacial?

Desde que la NASA colocó al primer ser humano en la Luna en 1969 y se puso fin a la primera carrera espacial de la historia (entre Estados Unidos y la Unión Soviética), se ha hablado mucho de cuándo y cómo sería el próximo gran impulso a la exploración del espacio. Durante la última década, se han ido tejiendo los mimbres para que esto fuese posible y muchos expertos coinciden en que el momento ha llegado.

La entrada en juego de empresas privadas como SpaceX (a la que acompañan Virgin o Boeing, entre otras) que han puesto sobre la mesa nuevas tecnologías, el músculo económico del programa espacial de China y la refinanciación de la NASA durante la administración Trump han contribuido a que los planes para la próxima década sean ambiciosos. La Agencia Espacial Europea (ESA) y la japonesa, que colaboran en varios proyectos, además de Rusia, tampoco quieren quedarse atrás en esta nueva carrera.

misión Artemis de la NASA

El objetivo más inmediato y prioritario es volver a la Luna. El programa Artemis de la NASA es el más avanzado y planea poner seres humanos en nuestro satélite en 2024. Rusia quiere hacer lo propio en 2025 y, durante los próximos cinco años, una veintena de misiones robotizadas aterrizarán sobre la Luna. Después está Marte, un objetivo más ambicioso. Aunque solo una misión, la de SpaceX, quiere llevar seres humanos, hay cerca de otras 30 misiones propuestas o en desarrollo.

Pero Marte se encuentra a 225 millones de kilómetros de la Tierra, una distancia media que no puede completarse en menos de nueve meses, hoy por hoy. Y los astronautas tienen que volver. Así que, si queremos viajar más allá, expandir las fronteras de nuestra especie a otros rincones del sistema solar, nos hace falta encontrar otra manera de impulsarnos en el espacio. Aquí es donde entra en juego el Sun Diver del instituto Max Planck.

Una vela solar para el océano espacial

Las velas para la navegación marítima cambiaron la forma de entender el mundo en su momento. Desde que empezaron a usarse hace como mínimo 8.000 años, el planeta fue haciéndose cada vez más pequeño, más esférico y más conectado en nuestra cabeza. Ahora, de entre todas las tecnologías que buscan reducir las distancias en el universo, las velas solares son las más prometedoras.

“Para explorar el sistema solar, las velas solares permiten realizar diferentes maniobras o entrar en órbitas que de otro modo requerirían de mucha propulsión. Para viajes interestelares, podríamos usar una vela solar para bucear lo más cerca posible del Sol y obtener de él la máxima aceleración”, explica Coryn Bailer-Jones, del Instituto Max Planck de Astronomía y principal autor del estudio sobre Sun Diver, aceptado para su publicación en el ‘American Journal of Physics’.

Las velas solares liberan a las naves espaciales de cargar con grandes cantidades de combustible, lo que las hace más eficientes y ligeras. Al igual que una vela marítima, estas aprovechan el viento solar, es decir, la presión de las partículas que emite nuestra estrella. Este sistema (probado por LightSail 2 el año pasado) permite a las naves, en el vacío, acelerar de forma lenta, pero constante. Sin embargo, el desarrollo del Max Planck añade a la ecuación el efecto Oberth. Así, este prototipo se acercaría al Sol para ganar un primer impulso y acelerar la nave rápidamente.

viento solar para impulsar una vela

El efecto Oberth y sus limitaciones

El efecto Oberth, también llamado sobrevuelo propulsado, no es algo nuevo y ya se ha usado antes. Brinda la posibilidad de aprovechar la gravedad de un cuerpo para aumentar la eficiencia de un motor cohete, llegando incluso a multiplicarla varias veces. En función del punto de la órbita en que se encuentre la nave, la velocidad aumentará más o menos o incluso se reducirá. De hecho, el efecto Oberth se usa también como sistema de frenada.

La idea de los investigadores del Max Planck es acercar la nave al Sol (sin poner en riesgo su integridad, claro) y aprovechar su fuerza. En el momento de máxima aceleración de la órbita, se desplegaría una gran vela solar y la nave podría salir disparada hacia su objetivo. La velocidad podría ser, según este estudio, de 350 kilómetros por segundo, si bien otras investigaciones llegan a hablar de 1.000 kilómetros por segundo.

Sin embargo, esta idea tiene algunas limitaciones, como reconocen los propios científicos del Max Planck. Para empezar, la aceleración obtenida por el efecto Oberth es mayor cuanto más cercana sea la órbita; y todos podemos imaginarnos qué pasa si nos acercamos demasiado al Sol. Por otro lado, este impulso pierde fuerza cuanto más nos alejemos de la estrella, con lo que sería difícil usarla en viajes más allá del sistema solar.

De todas formas, la propuesta está sobre la mesa. Puede que más pronto que tarde estemos surcando el océano espacial impulsados por el viento estelar.

Imágenes | Wikimedia Commons/Josh Spradling, The Planetary Society, NASA, Pixy.org

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