El reto de la primera misión de la humanidad para visitar un exoplaneta en busca de vida

El plan para enviar una gran armada de naves espaciales al sistema Próxima Centauri en la primera misión interestelar de la humanidad cobra cada día más fuerza. Pero esta misión —cuyo objetivo es estudiar uno de los exoplanetas similares a la Tierra en los que es muy posible que exista vida, a sólo 4,25 años luz de distancia— tendrá que enfrentarse a serios retos que, aunque no son imposibles de resolver, requerirán de un gran esfuerzo de investigación y desarrollo, como explica un nuevo estudio del Proyecto Breakthrough Starshot.

El estudio explica que hay seis áreas clave en las que habrá que profundizar para lograr el éxito de la misión: la formación y mantenimiento del enjambre, la metrología avanzada de relojes para la coherencia operativa de las naves, la navegación interestelar precisa, el desarrollo de tecnologías de comunicación, el procesamiento de datos avanzados, la redundancia de las sondas para garantizar la integridad de la misión y, por último, la capacidad real de realizar observaciones científicas significativas de Proxima Centauri b, algo que requerirá de un grado de miniaturización que, hoy en día, no es posible.

La realidad es que, ahora mismo, esto desafíos parecen insalvables. El primero de ellos es calcular con precisión absoluta dónde estará el planeta Proxima b cuando las naves lleguen a su destino dentro de más de 8,6 años. Como apunta Paul Gilster en Centauri Dreams, los científicos deberán saber el punto exacto de encuentro con un margen de error de sólo 10.000 kilómetros. Esto puede parecer algo fácil, es un valor diminuto en la escala de un sistema solar, pero requerirá saber la órbita exacta de la estrella Proxima Centauri y el planeta con una precisión de un metro por segundo. Serán una jugada de billar de un tamaño cósmico y una exactitud demoníaca.

Vértigo tecnológico

Luego están los desafíos tecnológicos. Para empezar, este enjambre de cientos de sondas espaciales del tamaño de un gramo tendrán que viajar al 20% de la velocidad de la luz y en perfecta sincronización para obtener la formación necesaria que permita el estudio de Proxima b desde todos los ángulos y la transmisión de información a la Tierra. Para lograr este objetivo, los ingenieros tendrán que resolver dos grandes problemas: el «tiempo en objetivo» y la «velocidad en objetivo».

El «tiempo en objetivo» se centra en la sincronización precisa del lanzamiento de cada sonda individual para que todas lleguen a su destino al mismo tiempo. Imagina que cada sonda es una flecha lanzada desde diferentes arcos, partiendo desde ubicaciones separadas en momentos distintos. El cálculo del «tiempo en objetivo» asegura que todas las flechas lleguen al blanco simultáneamente. Para lograrlo, habrá que calcular meticulosamente el momento de lanzamiento de cada sonda, teniendo en cuenta su trayectoria y velocidad específicas.

Conseguir esto no sólo requiere un profundo conocimiento de la dinámica orbital sino también de las condiciones del espacio interestelar. Cada sonda deberá ser lanzada en el instante preciso para que, a pesar de las vastas distancias y los efectos del medio interestelar, todas converjan en Proxima Centauri b exactamente en el mismo momento. La precisión del lanzamiento, pues, debe ser absoluta. Y, aún así, sin no podemos tener la capacidad de predecir el estado del medio estelar durante los próximos nueve años y ajustar las trayectorias en respuesta a las potenciales variables inesperadas de este medio, podríamos errar el tiro.

Ballet en el espacio

La “velocidad en objetivo» es la segunda parte del problema. Para corregir los problemas anteriores, necesitaremos regular la velocidad de cada sonda durante el viaje interestelar. Las sondas serían un equipo de corredores que, partiendo en momentos distintos, aceleran o reducen su velocidad para cruzar la línea de meta al unísono. Este ajuste constante de velocidad es vital para mantener la formación del enjambre y para que las naves operen en conjunto eficazmente al alcanzar Proxima b. Sin embargo, tener un control preciso y una capacidad de respuesta adaptable a lo largo del viaje interestelar es un desafío enorme en la navegación y la gestión de la dinámica de vuelo de las sondas.

Para poder conseguir lo anterior, los científicos deberán considerar la resistencia del medio interestelar, creando modelos de cómo las naves pueden interactuar con las partículas y campos energéticos en el espacio interestelar que afecten su velocidad y trayectoria. El arrastre que estas fuerzas ejercen será un factor crítico en la navegación y mantenimiento del enjambre de sondas. Que las naves puedan maniobrar para contrarrestarlo será clave.

Propulsión en miniatura

Y aquí entra en juego la propulsión. Las naves necesitarán pequeños motores de iones conectados a baterías betavoltáicas, que el equipo propone como fuente de energía para las sondas del Proyecto Breakthrough Starshot. Estas baterías convierten la energía liberada por la desintegración radiactiva de un isótopo directamente en electricidad. En una batería betavoltáica, un material radiactivo —como el plutonio— emite partículas beta (electrones o positrones) que interactúan con un semiconductor, creando una diferencia de potencial eléctrico que se utiliza para generar corriente.

La tecnología es ideal para misiones espaciales prolongadas debido a su capacidad de proporcionar energía estable y duradera, esencial para el funcionamiento continuo de las sondas a lo largo de su viaje interestelar. De hecho, estas baterías son similares a las que llevan el Voyager o el Curiosity rover, pero deberán ser mucho más pequeñas y ligeras para poder operar en las naves minúsculas destino a Proxima.

Las comunicaciones son lo más importante

La comunicación —el gran objeto del estudio— será clave: de nada servirá enviar sondas a un exoplaneta si no podemos recibir imágenes y datos del mismo. El plan propone utilizar tecnologías de comunicación óptica avanzadas que necesitarán de nuevos avances en la miniaturización de componentes y la eficiencia energética de los mismos.

Las sondas, aseguran, deberán estar equipadas con transmisores láser y sistemas de recepción sensibles que les permitirán enviar datos a través de las vastas distancias interestelares. Usando la forma del enjambre, que se parecerá a una gran antena distribuida en un espacio de 100.000 kilómetros de ancho.

Este sistema de comunicación distribuido entre todas las sondas será esencial no sólo para transmitir información científica detallada de Proxima Centauri b, sino también para recibir comandos y actualizaciones desde la Tierra. La efectividad de esta comunicación dependerá de la precisión y fiabilidad de los equipos a bordo y en la Tierra. Sin resolver este aspecto, no habrá misión.

La otra flota invasora

El proyecto de Breakthrough Starshot no es el único que busca estudiar Proxima b con una flota de naves espaciales. El NIAC — el programa de la NASA para financiar nuevos proyectos de investigación avanzada— ha premiado al equipo de Marshall Eubanks para realizar un plan similar para enviar un enjambre de miles de sondas espaciales a Próxima Centauri.

Según Eubanks —científico jefe de la empresa californiana Space Initiatives— “es probable que las sondas interestelares a escala de un gramo empujadas por luz láser sean la única tecnología capaz de alcanzar otra estrella este siglo. Suponemos que a mediados de siglo dispondremos de un rayo láser lo bastante potente (aproximadamente 100 GW) como para impulsar unos gramos a velocidad relativista [cercana a la velocidad de la luz], de velas láser lo bastante robustas para sobrevivir al lanzamiento y de receptores (~1 km2) lo bastante grandes para captar nuestras señales ópticas”.

Eubanks explica que la propulsión por fotones enviados a una vela láser logrará alcanzar una velocidad relativista. Es decir, un porcentaje lo suficientemente grande de la velocidad de la luz como para que las naves lleguen a Proxima b en una generación humana. Esto es algo que todavía está fuera de nuestra alcance, como explica el científico: “Dada la potencia de la que probablemente dispondremos, incluso dentro de un par de décadas, el empuje será débil, por lo que la masa de la sonda tiene que ser muy pequeña: gramos, no toneladas».

Como el proyecto de Breakthough Starshot, Eubanks también apuesta por la redundancia de las sondas, enviando un gran número de naves sincronizadas para que, si se pierde alguna en una colisión, todo el sistema pueda seguir funcionando hasta alcanzar su destino final. Son dos proyectos extremadamente ambiciosos pero, según los investigadores, factibles.

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