Viajes interestelares

[KilianR]

La antimateria es un hecho existe y se puede fusionar.. otra cosa es que nos faltan unos años para poder producir cantidades decentes y mas años aun para utilizarla. y aun mas años para que no acabe dentro de armas.....


Ahora que me propongan viajes a proxima centauro, cuando apenas sabemos que ay en nuestro sistema solar...... a eso le llamo poner los pies en la tierra. jejejej supongo que son opiniones distintas.. pero para eso estan los foros para compartir

un saludo.

[FLA]

La antimateria es un hecho existe y se puede fusionar.. otra cosa es que nos faltan unos años para poder producir cantidades decentes y mas años aun para utilizarla. y aun mas años para que no acabe dentro de armas.....
un saludo.

Buenas....El problema , a veces, de capturar a King Kong es tener la jaula adecuada para contenerlo, y llevarlo a la ciudad.....

[Telescopio]

La antimateria es un hecho existe y se puede fusionar.. otra cosa es que nos faltan unos años para poder producir cantidades decentes y mas años aun para utilizarla. y aun mas años para que no acabe dentro de armas...

A ver, vamos a aclarar un poco algunos conceptos.

La aniquilación materia-antimateria es la única reacción conocida en la que el 100% de la materia se convierte en energía.

El uso de la antimateria para propulsión astronáutica es una idea que viene rondando la cabeza de ingenieros y físicos (por no hablar de los escritores de ciencia-ficción) desde hace muchos años. Hasta hace poco, el principal problema (dejando a un lado el de la producción y almacenamiento, muy caros y complejos) era que casi todas las reacciones de antimateria propuestas producen explosiones de rayos gamma de alta energía que rompen las moléculas de las células y convierten a los motores en fuentes radioactivas.

Para solventar este problema, el Instituto de la NASA para Conceptos Avanzados (Institute for Advanced Concepts, NIAC) ha propuesto el empleo de motores basados no en antiprotones, sino en positrones que crean rayos gamma con aproximadamente 400 veces menos energía que los antiprotones. Una nave dotada de un motor de antimateria positrónico tardaría sólo 45 días en llegar a Marte, lo que redundaría en una mayor seguridad (frente a la radiación cósmica) y en menores costes (menor carga de alimentos, oxígeno, agua, etc). Mientras que el motor de la lanzadera espacial tiene un impulso específico de 450 segundos, el motor de positrones propuesto tendría un impulso de 5.000 segundos.

Costes: es el gran problema de la antimateria; es muy cara ya que se trata de transformar energía en materia (mejor dicho, en amtimateria). Hacen falta potencias eléctricas descomunales para generar cantidades ínfimas de antimateria. Pero tenemos que tener en cuenta cuatro factores en el análisis de costes:

1) hace falta muy poca antimateria para propulsar una nave espacial (miligramos);

2) un motor de antimateria es -a efectos medioambientales- mucho más límpio que uno nuclear. Si un motor de fisión estallase en la rampa de lanzamiento, una amplísima zona podría quedar contaminada durante décadas, mientras que si eso le ocurriese a uno de positrones, sólo habría un fogonazo de rayos gamma que enseguida se desvanecería, afectando a un área de aproximadamente un kilómetro, más o menos lo mismo que en el caso de un motor químico equivalente.

3) tratar de alcanzar las altas velocidades como las permitidas por un motor de antimateria con combustibles químicos (e incluso nucleares de fisión) sería también carísimo, además de inviable, pues la razón de masas (relación carga útil/estructuras) de la nave sería enorme, mientras que en un cohete de antimateria óptimo jamás sería mayor de 4 (1 tonelada de carga por 4 de estructuras);

4) actualmente la antimateria sólo se "fabrica" en los aceleradores de partículas como los del CERN europeo o el FERMILAB norteamericano para estudios de física de altas energías. No hay todavía ningún acelerador dedicado exclusivamente a la producción bruta de antimateria. Así y todo, ya en 2002, el CERN fue capaz de producir 50.000 átomos de anti-hidrógeno en un día.

Si se decidiese a impulsar esta tecnología para fines de propulsión espacial, sería necesario construir "factorías de antimateria", que no serían otra cosa que aceleradores de partículas optimizados para una producción "masiva" de positrones. De este modo, se estima que podrían fabricarse los 10 miligramos de positrones necesarios para una misión humana a Marte por unos 250 millones de dólares. Con la tecnología actual, se considera que se puede obtener antimateria al coste de 25.000 millones de dólares por gramo, y siempre según los costes actuales de generación eléctrica.

Lógicamente, si estos proyectos cuajasen, el futuro a largo plazo pasaría por la instalación de grandes aceleradores lineales en órbita alimentados por energía solar o nuclear con los que fabricar la antimateria necesaria para permitir la expansión de las actividades humanas por todo el Sistema Solar.

En cuanto al almacenamiento, este aspecto fue resuelto por el CERN hace ya años con una especie de "botella" electromagnética ("trampa de Penning"). Por supuesto con esto no bastaría, pues habría que investigar mucho para llegar a diseñar un motor espacial de antimateria viable. Pero es, como todo, cuestión de dinero y voluntad política.


Trampa de Penning

Finalmente:

...nos faltan unos años para poder producir cantidades decentes y mas años aun para utilizarla. y aun mas años para que no acabe dentro de armas...

Si bien se ha especulado mucho con la posibilidad de crear ármas de antimateria (inmensa cantidad de energía en una escasa cantidad de materia, pocos resíduos en el área de la detonación, etc), su elevadísimo coste hace que -hoy por hoy- se trate sólo de una especulación con poco fundamento. Si bien es cierto que 50 millonésimas de gramo de atimateria podrían producir una explosión equivalente a la de 1.800 kilos de TNT, también lo es que con lo que costarían esas 50 millonésimas podrían fabricarse muchísimas toneladas de explosivos convencionales y unas cuantas armas nucleares tácticas. Prohibitivo.

Algunos enlaces:

http://www.sfgate.com/cgi-bin/article.c ... 93GPK1.DTL

http://uimpi.net/entry/texto/8252/que-e ... teria.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria

http://www.astroseti.org/imprime.php?codigo=2164

http://www.elpais.com/articulo/sociedad ... oc_10/Tes/

http://www.asociacionhubble.org/modules ... ic&p=71183


Saludos

[cosmicoman]

Hola.

Yo creo que hoy por hoy es lo mismo imaginar viajes fuera del sistema solar que imaginar motores de antimateria: en ninguno de los casos estamos con los pies en la tierra.

Pero si nos cuesta lo indecible poner en órbita de la Tierra una nave tripulada y que vaya todo bien...
En este tema todavía nos queda mucho, mucho por hacer.

Saludos

[KilianR]

De momento asta el 2020 no estaremos otra vez en la luna.... osea me conformare si en mi vida veo poner un pie en marte a a algun ser humano, que lo veo muy dificil tengo 27 años..... quien sabe....

[Telescopio]

Yo creo que hoy por hoy es lo mismo imaginar viajes fuera del sistema solar que imaginar motores de antimateria: en ninguno de los casos estamos con los pies en la tierra...

A ver, no sé si no me explico bien o no se me entiende. Se trata de cuestiones distintas.

El empleo de motores de antimateria (digamos más bien "motores térmicos de positrones" pues se trataría de calentar un fluido de trabajo o masa de reacción como hidrógeno, metano o agua con partículas positrónicas dentro de una cámara de reacción) sólo precisa de desarrollos tecnológicos perfectamente asumibles en un marco temporal de una década. Otra cuestión es la de las factorías de antimateria, pero del mismo modo que existen "fábricas de plutonio" para las armas nucleares, podrían existir aceleradores lineales optimizados para la generación de miligramos de antimateria. Es algo perfectamente asumible con la tecnología actual y en el mismo marco de tiempo. Repito, sólo la falta de decisión política y económica impide el desarrollo de esta tecnología.

Podéis estar seguros de que si el Pentágono considerase necesaria esta tecnología para sus planes de "seguridad nacional" en poco más de un lustro estarían probándose los primeros cohetes de positrones.

Pero el viaje interestelar, y no hablo de viajes tripulados, sino de sondas robot, es algo que está, al menos a un siglo de distancia de nuestra época. Lamentablemente, los requerimientos energéticos son inmensos: si queremos que la nave haga aunque sea un simple vuelo de reconocimiento en el sistema estelar más cercano dentro del marco temporal de una vida humana, deberá acelerar al menos a una décima parte de la velocidad de la luz (unos 30.000 kilómetros por segundo), y conseguir esto supondría emplear decenas o centenares de KILOS, que no gramos, de antimateria (en función del volumen de la nave), con un coste prohibitivo mientras no se encuentre una forma de generar antipartículas más económica. Podrían emplearse velas interestelares propulsadas por láser o por microondas, pero ni así conseguiríamos hacerlo de forma "económica". A no ser que medie algún descubrimiento revolucionario en el ámbito de la naturaleza del espacio-tiempo (=agujeros de gusano estables, control de la inercia, etc), a lo más que podremos aspirar es a enviar unas pocas sondas automáticas a sistemas estelares cercanos en viajes de décadas de duración.

Una cosa es "poner los pies en el suelo" y otra muy distinta aceptar sin más que la "cofradía de la propulsión química" siga controlando el futuro de la astronáutica. O bien se pone dinero ya en nuevos sistemas de propulsión (VASIMR, positrones, fusión catalizada por antipartículas, etc) o los astronáutas terrestras nunca irán más allá de la Luna.

Saludos

[cosmicoman]

Hola Telescopio.

Te has explicado perfectamente en el primer mensaje, pero como has dicho, el coste de conseguir la antimateria es prohibitivo. Aunque exista la tecnología necesaria para hacerlo, si no hay pasta (mucha!), es como si no hubiese nada.

En este sentido todavía hay mucho por hacer (creo que bastante más de una década), de ahí lo de no tener los pies en el suelo, no por compararlo con los viajes interplanetarios, que está claro que no son comparables.

Saludos

[Telescopio]

En este sentido todavía hay mucho por hacer (creo que bastante más de una década), de ahí lo de no tener los pies en el suelo, no por compararlo con los viajes interplanetarios, que está claro que no son comparables.

Hola.

En cuanto a los plazos, repito, es sólo cuestión de dinero. De hecho, ya a mediados de los años 80 del pasado siglo XX existían planes en EEUU (agencias como la DARPA -Agencia de Proyectos Avanzados de Investigación de Defensa-, la RAND Corporation y otras vinculadas al Pentágono) para, en un plazo de diez años, poner en pie la infraestructura básica para poder empezar a probar prototipos de cohetes de antimateria. Lógicamente, se trataría de pequeños propulsores para pruebas estáticas y para vehículos espaciales experimentales que emplearían fentogramos de antimateria (un fentogramo es billonésima parte de un gramo).

Parece poca cosa, pero eso bastaría para sentar unas bases sólidas en este tipo de tecnología. La clave del asunto es que estos planes se enmarcaban dentro de la Iniciativa de Defensa Estratégica (IDS, popularmente conocida como "Guerra de las Galaxias"), pues para los militares un vehículo propulsado por un motor térmico de antimateria tendría muchas ventajas: como lanzador, podría poner cargas muy pesadas en el espacio con cohetes relativamente ligeros, y como propulsor de armas espaciales, permitiría maniobras ahora impensables, como el cambio de plano orbital (por ejemplo, un satélite-caza podría pasar de una órbita ecuatorial a otra polar para destruir un satélite enemigo de reconocimiento).

Si ya había planes para esto hace veinte años... ¿no es lógico suponer que hoy en día sería posible plantearse los mismos objetivos a medio plazo? Pero claro, ahora no hay una URSS que nos atemorice (los chinos, de momento, no son lo mismo).

Una de las cosas que más sorprenden cuando investigas un poco en este tema es que un motor térmico de antipartículas no sería nada especialmente sofisticado: bastaría un motor derivado de los prototipos de motor término nuclear de fisión que se experimentaron en EEUU en los años 60 del siglo XX dentro del programa NERVA. A este respecto, Bruno Augenstein diseñó en los 80 un motor en el que el reactor nuclear era sustituido por un núcleo de tugseno contra el que chocarían antipartículas. Sobre ese núcleo así calentado pasaría hidrógeno líquido que sería expelido a gran velocidad por la tobera. El rendimiento del motor sería similar al de un motor térmico nuclear.

En la web de la RAND Corporation tenéis diversos trabajos de este investigador:

http://www.rand.org/pubs/authors/a/auge ... bruno.html

En relación con todo este asunto, os recomiendo un libro escrito a de finales de los 80 que, si bien en muchas cosas está algo desfasado (sobre todo en el contexto tecnológico y político), es muy ilustrativo y os permitirá aprender un montón de cosas sobre astronáutica y, por supuesto, sobre la antimateria:

Explorando el mundo de la antimateria, de Robert L. Forward y Joel Davis.

Yo tengo la primera edición española de principios de los 90, no sé si en posteriores ediciones se habrán actualizado algunos contenidos, pero repito, es muy recomendable.

Saludos

[cosmicoman]

Hola.

Estoy de acuerdo contigo en que la tecnología para fabricar estos motores no sería muy complicada. El problema se reduce básicamente a producir la antimateria.

Como has dicho, en el CERN han llegado a producir 50000 partículas de antimateria en un día. Para conseguir 10 mgr de positrones, se necesitan 9,11E25 partículas. Con la producción de 50000 partículas/día necesitaríamos del orden de 1E18 años para fabricar el combustible para un viaje a Marte. ¡¡¡El doble de la edad estimada de la Tierra!!!

Ahora dime si este problema se podrá solucionar en una década. Yo creo que no, por muchos aceleradores que construyamos.

Saludos

[Telescopio]

A ver...

El plazo de una década que en su día propuso la RAND Corporation era para empezar a probar pequeños propulsores experimentales de antipartículas, que emplearían femtogramos, nunca miligramos, de antimateria (para los que no estén muy metidos en las unidades de medida a esta escala, los submúltiplos del gramo son el decigramo, el centigramo, el miligramo, el microgramo, el nanogramo, el picogramo, el femtogramo y el atogramo). Sería suficiente para empezar.

Y ni siquiera harían falta miligramos para ir y volver a Marte a gran velocidad: investigadores de la Penn State University propusieron hace algunos años una forma de propulsión alternativa (ICAN II) basada en la microfusión/fisión catalizada por antiprotones que emplearía 140 nanogramos de antimateria para un vuelo a Marte de... ¡30 días de duración! (ver http://www.engr.psu.edu/antimatter/)

Vamos ahora con el CERN y la cantidad de antimateria que puede producirse. A ver ¿acaso no he dicho ya que este acelerador no fue concebido para la producción masiva de antipartículas? Su finalidad principal era (como ocurrirá a partir de agosto en el nuevo LHC) la física de altas energías para investigar la naturaleza íntima de la materia. Esto hace que la antimateria generada en estas instalaciones sea poca y muy cara, pues no es más que un subproducto: unos 65 billones (billones europeos) de dólares por gramo. La capacidad teórica anual de producción de antimateria sería, si hacemos caso al FERMILAB norteamericano, de unos 14 nanogramos (en 2003).

Pero para un hipotético y continuado en el tiempo programa de desarrollo y uso de la propulsión con antimateria sería preciso construir aceleradores específicos, optimizados para generar antimateria, del mismo modo que las grandes potencias tienen reactores nucleares dedicados única y exclusivamente a la producción de plutonio para construir armas nucleares (una central nuclear convencional no está diseñada para eso).

¿Costes? Diversos estudios de especialistas (como Harold Gerrish de NASA/Marshall Space Center) apuntan a que "fábricas de antimateria" construidas ex-profeso podrían producir antipartículas a razón de 5.000 dólares por microgramo (o lo que es lo mismo, 5.000 millones de $ el gramo). Según estos estudios, la producción anual mundial podría ser de varios microgramos por año con la simple optimización de tecnologías ya existentes y en uso. ¿Tiempo para conseguirlo?: una década.

Enlace a documento NASA

¿Es mucho dinero 5.000 dólares por microgramo? Desde luego, es muy caro, sí, pero no tanto como con la cantidad de antipartículas necesarias para propulsar un vehículo espacial es muy pequeña, de entre 1 y 100 microgramos, dependiendo del tipo de misión.

http://www.fsinfo.org/docs/FSISpecial072403.pdf

En resumen: aunque le suene a ciencia-ficción a la mayoría de la gente, la propulsión térmica por antipartículas (en especial por positrones, que reducen en parte los problemas derivados de la radiación gamma) es una alternativa seria, sólidamente asentada sobre multitud de estudios. La generación de antipartículas es carísima, pero las cantidades implicadas en la propulsión espacial son ínfimas y su alto coste sería sobradamente compensada por la reducción del tiempo de misión y la flexibilidad de planificación que su uso implicaría. Incluso con la tecnología actual sería posible acometer un programa robusto de investigación y desarrollo que ofrecería sus primeros resultados tangibles en el espacio de una década si se iniciase hoy mismo.

Por supuesto, existen otras alternativas, como la propulsión por impulso específico variable (VASIMR, actualmente en desarollo por la empresa del ex-astronauta Chang Díaz, a caballo entre Costa Rica y Houston) o la térmica nuclear, pero lo que está claro es que si realmente se desea que exploración del Sistema Solar avance y que el hombre pise la superficie de otros mundos más allá de la Luna, habrá que abandonar la propulsión química. Meter a media docena de personas en una lata para un viaje de seis u ocho meses de duración en un ambiente tan peligroso como el espacial es, simplemente, un disparate. Si hay que ir a Marte, vayamos, pero hagámoslo a gran velocidad. De lo contrario, es mejor que mandemos sólo robots.

Saludos