El sueño de la propulsión espacial con antimateria está más cerca de la realidad que lo que la mayoría de los científicos de cohetes jamás podrían imaginar, comenta ex físico de Fermilab Gerald Jackson. De hecho, si el dinero no fuera un problema, asegura que un prototipo de nave espacial impulsada gracias a la antimateria podría ponerse a prueba dentro de una década. No hace mucho dedicamos una historia al trabajo del Fermilab. Si quieres saber más, puedes leerla aquí.
Con unas velocidades de propulsión de un 40% de la velocidad de la luz, esta tecnología podría llegar a reducir los tiempos de viaje para Alfa Centauri, el sistema estelar cercano, a menos de una década. Y de manera más inmediata, permitiría a la NASA enviar una sonda similar a New Horizons a nuestro sistema solar exterior en un año o menos.
Si envías una sonda al espacio interestelar, no te interesa que el sistema de propulsión pese un millón de veces más que la propia carga útil, explica Jackson.
En un documento presentado en la Conferencia del Acelerador de Partículas de 2003 en Portland, Estados Unidos, Jackson y Howe, físico y compañero profesional del primero, utilizaron los fondos de la NASA para delinear un plan para una pequeña sonda interestelar de antimateria que sólo necesitaría 17 gramos de anti-hidrógeno para viajar hasta Alfa Centauri. Con velocidades de casi una décima parte de la velocidad de la luz, estiman que la sonda podría viajar a través de cuatro años luz en tan sólo 40 años.
Uno de los retos principales para este tipo de cohetes sería simplemente encontrar un suministro suficiente de combustible de antimateria. En la naturaleza, el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea irradia rayos X emitidos por la aniquilación de antimateria, casi seguro asociada con un chorro de transmisión de partículas de alta energía que emanan del agujero negro central de nuestra galaxia. En la Tierra, por el contrario, la mayoría de antimateria tiene que ser generada en los aceleradores de partículas en laboratorios como el CERN o el Fermilab.
No obstante, en total, el acelerador Tevatron en Fermilab, ya desaparecido, no llegó a crear ni un gramo de antimateria; la mayor parte de la cual se guardó en anillos de almacenamiento durante un día o dos a lo sumo.
La antimateria es igual que la materia normal solo que las partículas tienen carga opuesta. Eso significa que un electrón de antimateria tiene la carga eléctrica opuesta de un electrón de la materia normal y también la capacidad para aniquilar si ‘descubre’ su propia partícula pareja.
Aun así, normalmente la idea para la propulsión con antimateria se ha centrado en tomar la mayor cantidad de esa energía como sea posible y utilizarla para calentar hidrógeno a altas temperaturas y liberarlo por la parte trasera del cohete.
El problema de trabajar con la antimateria es que uno tiene que evitar que entre en contacto con materia, algo que es formidablemente difícil de hacer. «En ‘Star Trek’, han resuelto [el problema de] la contención de alguna manera y son capaces de almacenar gran cantidad de antimateria. Sin embargo, Jackson y Howe piensan que, al menos en teoría, han resuelto el problema de la contención y esperan perfeccionar sus diseños anteriores de antimateria para una sonda interestelar robótica.
Usamos el antiprotón como una bujía para inducir la fisión, explica Jackson. A partir de esta fisión, dice, emerge lo que los físicos nucleares denominan subproductos de las fisiones «hijas». Cada una de estas aniquilaciones de antimateria libera dos mil millones de electrón-voltios (GeV 2) de energía. Por lo tanto, un cohete de antimateria que sólo se lanzara fuera de la atmósfera terrestre, podría proporcionar una gran cantidad más de empuje que un cohete químico o incluso nuclear y utilizaría decenas de miles de veces menos combustible, dice Jackson.
Según lo previsto en el diseño original de Jackson y Howe, una pequeña sonda robótica de antimateria estaría compuesta por cuatro componentes básicos: una vela de carbono revestida con uranio empobrecido; una unidad de almacenamiento de anti-hidrógeno sólido; una fuente de alimentación eléctrica impulsada por antiprotones, y un pequeño paquete de instrumentos en la parte trasera de la nave espacial.
Al ser golpeado por los protones de anti-hidrógeno, una parte del uranio empobrecido situado sobre la lámina revestida en el interior de la nave espacial provocaría la fisión. Esta reacción crea dos subproductos de las fisiones «hijas» que normalmente son emitidas en direcciones opuestas con un impulso igual. Si bien las dos hijas pueden no ser exactamente iguales atómicamente, con el fin de adherirse a las leyes conocidas de la física su impulso debe ser inherentemente igual, dice Jackson. Una de las hijas de la fisión se dirige hacia la vela de carbono revestida de uranio de la nave espacial y se frena y se absorbe; dándole impulso a la vela. La otra escapa al espacio. Son las fuerzas opuestas de sus poderosas energías cinéticas las que permiten a la nave espacial llegar a tan altas velocidades.
El mayor desafío técnico, dice Jackson, es recopilar dinero para producir suficientes antiprotones como para comenzar las pruebas. Estos antiprotones normalmente se generan en los aceleradores de partículas apuntando átomos de hidrógeno en rápido movimiento hacia un blanco de níquel.
«Por cada 100 protones que llegan al destino, puede haber rendimientos de hasta un anti-protón», explica Jackson.
¿Cuándo podría probarse en el espacio un prototipo de propulsión de antimateria?
Si el dinero estuviera disponible, se podría hacer en diez años, comenta Jackson, señalando que se necesitaría unos 100 millones de dólares para diseñar una prueba de la tecnología localizada en la Tierra. «Pero estamos hablando de miles de millones de enviar naves espaciales a destinos reales», añade. Pero dice que si existe voluntad, naves espaciales capaces de lograr velocidades de crucero de un 40% la velocidad de la luz estar disponibles dentro de las próximas dos o tres décadas.
