Las velas lumínicas funcionan de manera parecida a como lo hacen las velas de barco, pero en vez de recibir la presión del viento reciben la de la luz. Dado que la presión de la luz es muchísimo más débil que la del viento, las velas lumínicas deben ser estructuras reflectantes enormes pero delgadísimas. Sometidas a la gravedad terrestre, se arrugarían fácilmente. Pero desplegadas en la ingravidez del espacio pueden mantener su forma. La presión de los fotones (las partículas de la luz) impactando contra una vela lumínica puede propulsar una nave espacial hasta velocidades muy elevadas, lo suficiente incluso para efectuar viajes interestelares en un tiempo razonable. Dependiendo de lo lejos que la nave deba viajar, la luz empleada puede ser la de una estrella cercana o la de un rayo láser proyectado directamente contra la vela desde un emisor de muy alta potencia situado en el mundo de partida.

A diferencia de la nanotecnología convencional, que miniaturiza los dispositivos en su longitud, su anchura y su grosor, las velas lumínicas siguen un planteamiento diferente. Tienen un grosor nanométrico (aproximadamente de una milésima parte del de un cabello humano) pero su longitud y su anchura pueden ser de muchos metros.

Un equipo integrado, entre otros, por Richard Norte y Lucas Norder, de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, así como Miguel Bessa, de la Universidad Brown en Estados Unidos, ha culminado recientemente una serie de avances notables en fabricación de velas lumínicas para viajes espaciales.

El ambicioso proyecto internacional Breakthrough Starshot, puesto en marcha en 2016 por Yuri Milner y Stephen Hawking, y que está financiado por la fundación establecida por Yuri y Julia Milner, prevé el diseño de una nave espacial ultraligera, que poseerá una vela lumínica. Gracias a esta, la sonda espacial podrá viajar con una velocidad sin precedentes para recorrer en unos 20 años la distancia de 4,2 años-luz que hay entre la Tierra y el sistema de la estrella Próxima Centauri, la más cercana al Sol.

Sin embargo, construir mediante técnicas convencionales una vela lumínica como la requerida para el proyecto Breakthrough Starshot llevaría unos 15 años empleando técnicas de fabricación convencionales, sobre todo por el trabajo inmenso de abrir en ella miles de millones de hoyos nanométricos. Usando su nuevo método, Norte y sus colegas han reducido este proceso a un día.

El prototipo actual de la vela lumínica producida con el nuevo método mide solo 6 X 6 centímetros. Pero su grosor es todavía menor: tan solo 200 nanómetros, y además está cubierto de miles de millones de hoyos nanométricos. Esto representa un importante paso adelante en la fabricación de velas lumínicas a gran escala.

Otros avances recientes en este campo, como por ejemplo el logrado por el Instituto Tecnológico de California (Caltech) en Estados Unidos, han demostrado también un buen control a escala nanométrica de las estructuras en velas lumínicas de prueba, pero estas han tenido tamaños del orden de los micrómetros, mientras que el tamaño de la nueva vela de pruebas se mide en centímetros manteniéndose la misma precisión nanométrica en la fabricación que tienen las otras.

A la misma proporción ahora alcanzada, una vela de este nuevo tipo con la superficie de siete campos de fútbol tendría un grosor de solo 1 milímetro.

Con una optimización suficiente, las velas lumínicas empujadas por rayo láser podrían permitir acelerar sondas espaciales de masa discreta hasta velocidades con las que cubrir viajes interplanetarios en una fracción minúscula del tiempo que tardan las sondas convencionales. Por ejemplo, sondas espaciales impulsadas por las nuevas velas lumínicas podrían, en teoría, alcanzar Marte en cuestión de días en vez de los meses que tardan las naves con propulsión tradicional.

Análisis recientes han demostrado que velas lumínicas de este tipo, a menor escala, pueden brindar propulsión incluso con la acción de la gravedad terrestre. Esta propulsión solo serviría para realizar experimentos en los que analizar el rendimiento de las velas e introducir mejoras en ellas, ya que solo se producirían desplazamientos a distancias de unos centímetros. Aún así, eso es diez mil millones de veces más lejos que lo conseguido en la Tierra con pequeñas velas experimentales impulsadas mediante láser.

Norte y sus colegas exponen los detalles técnicos de sus últimos avances en fabricación de velas lumínicas en la revista académica Nature Communications, bajo el título “Pentagonal photonic crystal mirrors: scalable lightsails with enhanced acceleration via neural topology optimization”.

Fuente: noticiasdelaciencia.com