This is my senior project at Savannah College of Art and Design. Where my idea comes from is that every time when I am busy, I feel that I am not fighting with my works, I am fighting with those post-it notes and deadline. I manipulating the post-it notes to do pixel-like stop motion and there are some interactions between real actor and post-its. Here is the making of : http://www.youtube.com/watch?v=ArJYvaCCB3c

Directed by Bang-yao Liu
Music by Röyksopp (http://royksopp.com)
Sound design by Shaun Burdick

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Rappin' about CERN's Large Hadron Collider! Links below…

There has been a lot of interest in the original mp3, lyrics, and vocals for remixing. You can find all that here:
msu.edu/~mcalpin9/lhc_rap…

Images came from:
particlephysics.ac.uk, space.com, the Institute of Physics, NASA, Symmetry, and Marvel

The talented dancers doubled as camera people, with some work by Neil Dixon. Stock footage is CERN's.

Will Barras is responsible for the killa beats:
ling.ed.ac.uk/~s9527813/

And thanks to MC Hawking, who first thought of using computer-voice to bring Stephen Hawking to the world of rap :-)
mchawking.com/

The rapper has a day job (we agree this is a good thing) as a science writer.
katemcalpine.com

They'll have a lot of data to sort. 15 million GB per year, actually. Want to get involved and donate your computer's downtime? Try LHC@home:
lhcathome.cern.ch/lhcathome/

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FUEGOS EN LA OSCURIDAD

Introducción

Uno de los elementos típicos en la literatura de ciencia ficción es el viaje interestelar. Las estrellas ejercen una atracción morbosa para la humanidad: desde los tiempos en que eran la única ayuda de los navegantes siempre hemos deseado poseerlas. Pero tan solo hoy en día podemos empezar a plantearnos seriamente la posibilidad alcanzarlas…

Para ello, sin embargo, nos encontramos con dos importantes limitaciones. La primera, que se encuentran a una enorme distancia. Nuestro vecino estelar mas próximo, un sistema triple en la constelación del Centauro, esta situado a la friolera de 9 billones y medio de kilómetros de nuestro planeta; la luz de estas estrellas tarda cuatro años en recorrer la distancia que nos separa. La segunda es que, de acuerdo con las leyes físicas que rigen nuestro universo, nada puede moverse más deprisa que la velocidad de la luz en el vacío. Así pues, existe un límite superior en la velocidad que podemos alcanzar para llegar a un determinado destino. En el caso de Alfa del Centauro, la duración mínima del viaje sería, por tanto, de cuatro años.

La velocidad de la luz es una barrera infranqueable… a la que incluso resulta difícil acercarse. Varios centenares de miles de kilómetros por segundo es una velocidad respetable, máxime teniendo en cuenta que el objeto más rápido construido por el hombre, la sonda Voyager I, se mueve a bastante menos de 100 Km/s. El problema para desplazar algo tan deprisa no es solamente el motor. En efecto, tenemos una amplia paleta de opciones a la hora de escoger un impulsor para nuestra nave interestelar: químicos, ionicos, antorchas de fusión, explosiones nucleares, reacción materia-antimateria. Pero todos ellos tienen el mismo problema: necesitan un combustible que actúe como masa de reacción y como fuente energética. Y la nave no sólo debe cargar con el propelente para acelerar casi a la velocidad de la luz, sino también el necesario para decelerar y detenerse en su punto de destino.

En estas circunstancias, la mejor solución pasaría por incrementar el rendimiento del motor, de modo que la relación entre el combustible consumido y el empuje fuese máxima, y cargar el mayor volumen posible del mismo para el viaje. Pero entonces el tamaño de la nave acabaría siendo absolutamente monstruoso. Sin embargo, existe otra respuesta muchísimo mas elegante a este problema: el empleo del llamado motor Bussard, la nave estatocolectora, que extrae su combustible del propio medio interestelar. En los puntos siguientes analizaremos con más detalle las ventajas e inconvenientes de este tipo de nave.

Principio de funcionamiento

Una estatocolectora se basa en que el llamado vacío interestelar no está, en realidad, tan vacío. En efecto, la densidad de materia en el espacio entre dos estrellas viene a ser, aproximadamente, de un átomo por centímetro cúbico, principalmente hidrógeno. El esquema presentado por Robert W. Bussard en 1960 proponía la utilización de ese hidrógeno como combustible y masa de reacción de una nave espacial. Para ello se utilizaría una draga magnética, capaz de recoger los átomos presentes en una vasta zona y conducirlos hasta el reactor de fusión que actúa como impulsor y fuente de energía del vehículo.

Este esquema de funcionamiento determina dos de las características de diseño más importantes del motor Bussard: una gran area de barrido frente a la nave, para acumular el mayor numero posible de atomos y una velocidad minima de funcionamiento que se cifra en torno al 1% de la velocidad de la luz. En efecto, cuanto mayor sea la velocidad, mayor será la cantidad de materia capturada por la draga y mayor, por tanto, el aporte de combustible que ingresa en el motor: la densidad relativa del hidrogeno se incrementa hasta alcanzar un punto en el que la reaccion nuclear es autosostenida. Es necesario por tanto un impulsor adicional que lleve la nave hasta esa velocidad, a partir de la cual estaremos en disposición de encender el motor interestelar propiamente dicho. Veamos ahora con más detalle los diferentes subsistemas que forman parte integrante de la nave.

Sistema de Dragado

El combustible básico de la estatocolectora es el hidrógeno interestelar que la nave recoge mediante un campo magnético. Debido a la baja densidad del medio, este campo debe cubrir un área inmensa: del orden de decenas de miles de kilómetros, y ser de considerable intensidad. Además, sólo una pequeña fracción del hidrógeno presente está en forma ionizada… la única susceptible de ser conducida por un campo magnético hasta la boca del colector.

La otra función del campo consiste en ofrecer protección a la tripulación frente a las radiaciones que reciben como consecuencia de su tránsito a velocidades cada vez mas cercanas al limite de la velocidad de la luz. En efecto, el bombardeo de átomos acelerados a velocidades cuasilumínicas por el movimiento relativo de la estatocolectora es demoledor para cualquier organismo vivo o para los sistemas electrónicos de la nave. Debido a esto, al menos parte del campo magnético del sistema de dragado no puede desconectarse bajo ninguna circunstancia, pues de lo contrario la tripulación acabaría por perecer como consecuencia del envenenamiento por radiación.

El núcleo principal de la draga está constituido por una bobina capaz de generar el campo magnético que guiará al hidrógeno hasta el reactor. En este momento, la única solución posible para la construcción de esta bobina pasa por la utilización de superconductores. En efecto, la ausencia de resistencia eléctrica en estos materiales permite utilizar las inmensas corrientes eléctricas necesarias para generar los campos implicados. Además, las bajas temperaturas presentes en el medio interestelar ayudan a resolver de un modo más o menos sencillo el problema de la refrigeración, haciendo posible la utilización de superconductores clásicos, (por ejemplo, refrigerados mediante helio líquido) que han demostrado ser más robustos frente al empleo de campos magnéticos intensos que las modernas cerámicas superconductoras.

En cuanto a la estructura, el esquema clásico utiliza un anillo en forma de espira en el frontal de la nave. Esta solución presenta dos inconvenientes: el gigantesco campo magnético utilizado afecta directamente al habitáculo de la tripulación y la fiabilidad no es demasiado elevada, pues un funcionamiento incorrecto en la espira principal podría dar lugar a un fallo crítico del sistema de soporte vital, al perderse parte del escudo antiradiación de la nave. Para evitar esto tenemos que utilizar un diseño basado en una redundancia múltiple de componentes: por ejemplo, varias espiras superconductoras montadas sobre una superficie troncocónica, o un sistema de bobinas más pequeñas organizadas en modo semejante al de una antena por desplazamiento de fase, capaces de generar un campo magnético variable y susceptible de ser orientado. Cualquiera de ambos esquemas con elementos generadores más pequeños y distribuidos permiten configurar un sistema robusto y fiable de reducido
mantenimiento.

Sistema de ionización

Como ya comentamos más arriba, sólo una pequeña fracción del combustible susceptible de ser utilizado por nuestra nave esta en la forma ionizada que puede ser manejada por la draga magnética. Para resolver este problema, se han propuesto dos soluciones:

• a) El empleo de un láser de ionización. Básicamente consistiría en utilizar un anillo de estaciones láser en torno a la boca del colector. Estas estaciones generarían varios conos anidados de luz coherente por delante de la nave, optimizando tanto la longitud de onda del láser como su potencia para ionizar la mayor cantidad posible de hidrógeno. El problema es en este caso de eficiencia: mantener un anillo de láser de alta potencia permanentemente encendido supone un consumo nada despreciable en el balance energético de la nave.

• b) Algunos autores proponen la utilización de campos magnéticos pulsantes de enorme intensidad para interactuar con la materia no ionizada a través de efectos magnetohidrodinámicos. Un campo del orden de un millón de Gauss podría interactuar con el momento magnético que generan los electrones al girar en torno al núcleo, lo que a su vez permitiría la manipulación del átomo en cuestión. Aunque teóricamente posible, la consecución de un modelo funcional de estas características se encuentra, hoy en día, bastante lejos de nuestras posibilidades.

Planta criogénica

Como vimos mas arriba, el concepto de nave estatocolectora está indisolublemente ligado al empleo de superconductores. Los campos magnéticos implicados en la draga magnética y en el sistema de confinamiento y guía de plasma así lo requieren. Asimismo, las conducciones de energía hasta los generadores de campo también deberían estar construidas utilizando el mismo tipo de materiales, debido a las potencias implicadas y al enorme tamaño de toda la estructura. Ahora bien, el empleo de superconductores necesita a su vez de una planta criogénica para generar el refrigerante que los mantiene operativos. El diseño de esta planta es otro punto crítico. En efecto, puesto que el funcionamiento de la draga magnética es un pilar básico del sistema de soporte vital (como blindaje antiradiación), la planta criogénica debe ser un elemento a toda prueba y dotado de redundancia múltiple en todos sus componentes. Los requerimientos de la misma variarán en función del tipo de superconductorestilizados. Las intensidades de campo necesarias en el sistema de dragado parecen hacer aconsejable el empleo de superconductores clásicos, refrigerados por helio líquido, por ser mas robustos frente a los campos magnéticos intensos. Sin embargo, los superconductores de alta temperatura presentan la ventaja de necesitar de unos niveles de refrigeración muchísimo menos exigentes (del orden de las temperaturas del nitrógeno líquido) y por tanto más fiables (esas temperaturas pueden conseguirse y, sobre todo, mantenerse con gran facilidad en el entorno en el que se desplaza nuestra nave interestelar). Además, se pueden moldear con gran facilidad (formando películas muy delgadas), lo que permitiría embutir las bobinas superconductoras dentro del casco de la nave protegidas con un recubrimiento especial contra la erosión debida al choque de la materia interestelar contra el embudo del colector. El inconveniente es que a día de hoy son muchísimo más sensibles a los campos magnéticosintensos y bastante delicados en el manejo de altas corrientes. Ambos problemas deberían de solventarse antes de abordar su utilización en un tipo de diseño como el que nos ocupa.

Generador de plasma. Control de actitud y sistema de frenado

El sistema de ionización cuenta con un segundo módulo situado ya en el interior de la tolva cuya misión consiste en garantizar que toda la materia que ingresa en el sistema lo hace en estado de plasma: electrones y núcleos separados. Esta unidad de precompresion también estaría basada en un láser y la salida de la misma seria un chorro de plasma, que se desplazaría por el eje de la nave confinado mediante una botella magnética hasta el reactor de fusión primario. Otras derivaciones de esta corriente principal deberán ser desviadas a los reactores secundarios de parada y control.

En efecto, una de las características de las naves estatocolectoras es que su motor principal sólo funciona en la dirección de movimiento de la nave. Es decir, son naves que solo poseen capacidad de aceleración, no de frenado, lo que ciertamente resulta inaceptable. Asimismo hay que prever que es bastante complicado el cambiar de rumbo cuando te estás moviendo a una fracción apreciable de la velocidad de la luz. Si no queremos que nuestra nave resulte ingobernable tendremos que diseñar un sistema de control de posición adecuado a estas especiales condiciones de trabajo.

La mejor solución pasa por la utilización de motores separados para la impulsión principal, el sistema de frenado y el sistema de guía. Debido a la gran cantidad de radiaciones duras procedentes del motor de fusión, la separación de estos motores no es conveniente llevarla a la salida de los mismos, sino en una fase previa. Es decir, el canal principal de plasma debe orientarse por medios magnéticos y redirigirse en un momento dado, bien al sistema de impulsión, bien al sistema de frenado. En cuanto al control de orientación de la nave, podremos llevarlo a cabo siguiendo dos estrategias básicas:

• Variando la salida del motor principal. Podemos hacer girar el reactor principal dentro de un ángulo limitado: variando el ángulo de entrada del flujo principal de plasma podemos obtener un cierto control de actitud. Resulta bastante complejo de implementar desde un punto de vista mecánico. Otra solución consistiría en utilizar campos magnéticos variables para orientar el flujo de salida en la dirección correcta.

• Motores de control de actitud. Presentan el problema de necesitar de un combustible adicional. Rizando el rizo, se podrían alimentar con corrientes de plasma derivadas del flujo primario y utilizando el mismo principio que el motor de fusión principal. Pero este mecanismo complicaría bastante el sistema de soporte vital, al introducir nuevas fuentes de radiaciones duras en el sistema.

En cualquier caso, la existencia de motores secundarios de frenado y/o control de actitud presenta dos problemas adicionales. El mas importante es que es necesario "encender" estos motores en un momento dado. O sea, iniciar la reacción termonuclear sostenida característica de la antorcha de fusión. Un fallo en el encendido podría dar lugar a que a la nave le resultase imposible detenerse. Además, solamente son operativos durante la parte del viaje en el que la nave viaja cerca de la velocidad de la luz: todo el sistema debe de estar duplicado para su funcionamiento a velocidades por debajo del umbral mínimo de mantenimiento de la reacción de fusión del motor principal.

Antorcha de fusión

El núcleo de la estatocolectora lo constituye la llamada antorcha de fusión, el reactor de fusión autosostenida del sistema. La antorcha de fusión, es, en esencia, una pequeña estrella en el corazón de la nave, en la que los átomos de hidrógeno se funden para dar helio con un enorme desprendimiento de energía. Sin embargo, esta reacción plantea algunos problemas interesantes. En primer lugar, la energía se obtiene por fusión del deuterio, un isótopo del hidrógeno con un protón y un neutrón en el núcleo. El deuterio, uno de los elementos primarios procedentes del Big Bang, es relativamente escaso en la naturaleza: sólo uno de cada 6.700 átomos de hidrógeno corresponden a esta forma isotópica. En el enrarecido medio interestelar este problema puede incluso resultar más acuciante, si cabe.

La ventaja de la fusión del deuterio es que tiene lugar a unas temperaturas relativamente bajas comparadas con las de la fusión del hidrógeno normal (protio). El inconveniente es que como subproducto de algunas reacciones se producen neutrones, partículas sin carga que no pueden ser manejadas mediante campos magnéticos. Es necesaria la utilización de un material de recubrimiento del reactor que absorba esos neutrones, como por ejemplo el boro o grafito. Estos materiales acaban "calientes" y sería necesario cambiarlos al final del viaje. Otra solución consistiría en situar el motor de fusión lejos de las zonas habitables de la nave, de un modo semejante a los que utilizaba la nave "Discovery" de la película "2001: Una odisea espacial". Este esquema presenta la ventaja de que el espacio intermedio puede ser utilizado por el combustible y la masa de reacción del motor secundario… que actuarían como escudo del habitáculo de la tripulación.

Algunos autores han propuesto el empleo de reacciones catalizadas semejantes a las que aparecen en el ciclo de Bethe, en las estrellas. Esas reacciones presentan el inconveniente de que necesitan presiones y temperaturas enormes para funcionar eficazmente, y son además demasiado lentas para una reacción sostenida.

Por ultimo, existe otra estrategia que puede combinarse eficazmente con el punto siguiente, el motor secundario: utilizar la draga para extraer combustible del medio interestelar, pero no quemarlo en una reacción autosostenida, sino almacenarlo y utilizarlo para generar impulso mediante una reacción pulsante. El esquema de funcionamiento constaría de los siguientes pasos:

• La draga magnética recoge materia interestelar, mucho hidrógeno y algo de deuterio.

• Separación del deuterio del hidrógeno normal. Almacenamiento, por ejemplo, en un confinamiento magnético.

• La reacción de fusión no es continua, sino que se dispara artificialmente a partir del deuterio almacenado… o del que porte la nave como combustible.

La ventaja de este esquema es que no son necesarios dos motores. En la fase de aceleración partiendo de velocidad sublumínica, se quemaría deuterio almacenado en la nave utilizando como masa de reacción el agua de los tanques de combustible situados entre el reactor de fusión y el compartimento de la tripulación. Al alcanzar la velocidad adecuada, podría empezar a recolectarse hidrógeno interestelar, extrayendo el deuterio y utilizando el resto como masa de reacción. Al llegar al punto de destino, se invertiría de nuevo el proceso: reacción estatocolectora en la parte de alta velocidad del viaje, motor de fusión convencional para el ingreso en el sistema.

Motor secundario

Como ya hemos repetido en sucesivas ocasiones, la reacción de la estatocolectora no tiene lugar por debajo de una determinada velocidad crítica. Sin embargo, es necesario que la nave acelere hasta conseguir esa velocidad. Ello implica la utilización, al menos durante parte del viaje, de un sistema de propulsión secundario capaz tanto de acelerar la nave a 0,01c como frenarla a partir de esa velocidad en su ingreso en el punto de destino. El sistema secundario de impulsión podría utilizarse también como parte del sistema de control de rumbo, al no estar sometido a las limitaciones de orientación y velocidad critica del impulsor principal.

El motor secundario debe de cumplir unos requerimientos bastante estrictos. En primer lugar debe de ofrecer un rendimiento de impulso/consumo de combustible muy bueno… principalmente porque de lo contrario la nave deberá cargar con una enorme cantidad de combustible para acelerar y frenar, lo que estropeará el rendimiento del conjunto. En segundo lugar, no parece recomendable la utilización de un combustible excesivamente complejo o difícil de manufacturar. Si el combustible es agua, posiblemente no haya mayor problema en repostar… de lo contrario, la nave puede quedarse varada en un sistema inhóspito sin posibilidades de volver a arrancar su motor interestelar. Por ultimo, sería deseable que tuviese una buena relación de aceleración. En efecto, la duración de un viaje de estas características viene determinada por la rapidez con la que la estatocolectora es capaz de alcanzar la velocidad cercana a la luz, a la que aparecen los efectos relativistas de contracción del tiempo que
hacen más llevadero el viaje. Un sistema de impulsión con una buena relación impulso/consumo de combustible, pero con una pobre aceleración puede alargar la duración del viaje en años.

Como alternativas se han propuesto:

• El motor iónico. Excelente relación impulso/consumo combustible, pero pobre nivel de aceleración. Los modelos actuales utilizan xenón o cesio como combustible.

• La utilización de una catapulta electromagnética (EM). La ventaja de este procedimiento es que proporciona una alta velocidad inicial. El inconveniente, que la aceleración implicada puede ser excesiva para el sistema de soporte vital. En cualquier caso, es una opción valida para ahorrar parte del combustible del despegue, pero sólo como complemento de otros tipos de impulsor… puesto que, probablemente, en el destino no contemos con otra catapulta igual para decelerar.

• El empleo de un motor de fusión convencional. Es la opción más interesante si se puede desarrollar el sistema de extracción de deuterio a partir del flujo de plasma del colector. Ofrece una buena relación impulso/consumo con un alto nivel de aceleración. Además, el combustible no sólo puede extraerse del hidrógeno interestelar, sino también a partir del agua (que también actúa como masa de reacción). Presenta el inconveniente de un escape rico en radiaciones duras… además de la propia radiación neutrónica del motor.

• Aniquilación materia-antimateria. Es con diferencia el sistema mas eficiente. Tiene las mismas características de comportamiento que la fusión del punto anterior… pero el combustible es muy difícil de fabricar, por lo que hay que cargar con el mismo. Tampoco parece muy probable que en el punto de destino se pueda repostar fácilmente…

Rendimiento del sistema de propulsión.

El sistema de propulsión de las estatocolectoras tiene una serie de características que le hace único. La necesidad de un flujo mínimo de materia para crear el efecto estatocolector implica que el motor principal sólo puede actuar a velocidades superiores al 1% de la velocidad de la luz. A partir de ese punto, cuanto más deprisa se mueva la nave, tanto más eficiente resulta la propulsión… y menos duración relativa tiene el viaje. El problema aparece cuando la velocidad se encuentra ya bastante cercana a la velocidad de la luz. En este caso, podría pensarse que el rendimiento del motor disminuiría al aumentar la masa de la nave debido a los efectos relativistas… pero en la práctica, como la masa de los átomos que ingresan en el colector también se incrementa exactamente en el mismo factor, el efecto se cancela. Más serio es el problema de la velocidad de escape de los gases. En efecto, la salida del reactor de fusión se puede mover, como máximo, a la velocidad de la luz. Pero
cuando la nave ya se está moviendo cerca de esa barrera, el gradiente de velocidad entre la entrada de material en la tolva y la salida del chorro de escape, que determina el empuje del motor, tiende asintóticamente a cero. Esto significa que al principio del viaje la nave tendrá una excelente capacidad de aceleración, pero conforme se vaya aproximando a "c" esta capacidad desaparecerá… hasta quedarse prácticamente sin empuje en las proximidades del límite de la velocidad de la luz.

Otro interesante efecto secundario es que en aquellos modelos en los que la reacción termonuclear es autosostenida, la misma no puede desconectarse. Es decir, el motor tiene que permanecer todo el tiempo en funcionamiento, porque de apagarse resultaría muy difícil volver a encenderlo. Esto es particularmente problemático en el proceso de deceleración, pues resulta evidente que en un momento dado la nave se va a quedar sin el flujo suficiente de materia para mantener encendido el horno nuclear… lo que puede que a su vez afecte a la energía necesaria para mantener los campos electromagnéticos de la tolva que actúan como blindaje antiradiación para la tripulación. Se ha argumentado que en las proximidades de un sistema solar, la mayor concentración de materia permitiría un funcionamiento mas prolongado del reactor, nutriéndose incluso de las partículas procedentes del viento solar. Pero tampoco es menos cierto que el nivel de escombros crece exponencialmente cuanto más profundamente
se ingresa en el sistema… y que un micrometeorito no es susceptible de ser detenido ni deflectado por un campo magnético. De ahí la necesidad imperiosa de utilizar un motor auxiliar que nos permita movernos dentro de un sistema planetario y actúe como fuente de alimentación destinada a mantener los sistemas de soporte vital, sistema de ionización, control de plasma y draga magnética.

Soporte vital.

La capacidad de una nave estatocolectora de incrementar su rendimiento conforme aumenta su velocidad las hace particularmente adecuadas para el tránsito entre sistemas a velocidades relativistas. El perfil típico de una misión de este tipo consta de las siguientes fases.

Lanzamiento desde el planeta madre. Seria preferible que en esta fase se dotara a la nave de una alta velocidad inicial… y que no fuera necesario arrancar la propulsión secundaria hasta no estar bastante alejados de la base, para evitar el bombardeo del punto de origen con las radiaciones duras del escape.

Aceleración primaria. La duración de esta fase viene determinada por la eficiencia del motor secundario utilizado (la capacidad de aceleración de un motor iónico es muy inferior a uno de fusión, por ejemplo) y por la necesidad de abandonar el área de influencia del sistema solar de origen, para minimizar la posibilidad de colisión con cualquier tipo de escombros. En el caso de utilizar sistemas de alta eficiencia, como un motor de fusión, la capacidad de aceleración de la nave estará limitada por el aguante de la tripulación. En efecto, una aceleración de 1 g durante un período de tiempo prolongado no afecta para nada al organismo… pero si subimos esa aceleración a dos gravedades, la cosa empieza a no estar tan clara. Y aceleraciones mayores, que redundan en un menor tiempo de tránsito, son inaceptables para el organismo durante períodos de tiempo prolongados. Por tanto, a menos que se utilice un sistema de cancelación de la inercia que en este momento no existe, la aceleración en
esta fase vendrá limitada por la tolerancia fisiológica a la aceleración de la tripulación.

Encendido del estatocolector. A partir de este punto, resulta más y más barato acelerar: el rendimiento de la nave mejora hasta que se mueve relativamente cerca de la velocidad de la luz, en cuyo caso comienza a empeorar. Este es el momento en el que la nave pasa a propulsarse a partir del hidrógeno interestelar, ahorrando combustible para el sistema de impulsión secundario. Durante esta fase del viaje la tripulación se ve afectada por los efectos relativistas de la contracción temporal, que disminuye la duración del viaje.

Activación del sistema de frenado. A medio camino (antes, si los motores de frenado tienen menos rendimiento que el motor principal), debe desconectarse la propulsión principal, activándose los motores de frenado. Por razones de estabilidad, parece mejor utilizar un sólo impulsor principal… y varios motores de frenado distribuidos uniformemente sobre el frontal de la nave.

Desconexión del estatocolector: activación de la impulsión secundaria. A una determinada distancia del punto de destino, cuando la velocidad caiga por debajo del punto crítico de la reacción autosostenida, la propulsión principal se desconectará automáticamente. Es un punto delicado: la tripulación deberá evaluar las características del sistema solar de destino y decidir si merece la pena detenerse… o pasar otro par de años en busca de un sistema mas adecuado, porque la operación de desconectar la propulsión principal puede resultar irreversible.

Frenado con el sistema secundario. Dependiendo del tipo de perfil de misión seleccionado, frenaremos con mayor o menor intensidad buscando un equilibrio entre las necesidades de disminuir el tiempo de tránsito y la aceleración máxima que puede ser soportada por la tripulación.

¿Qué características debe poseer el sistema de soporte vital de una nave preparada para desarrollar este perfil?. En primer lugar, durante la mayor parte del viaje la nave está bajo aceleración. Si consiguiésemos mantener un valor constante de una gravedad durante la mayor parte del trayecto, eso haría mucho mas confortable la estancia. El problema es que en viajes prolongados la nave acabaría por acercarse tanto a la velocidad de la luz que resultaría imposible mantener ese nivel de aceleración. Sería por tanto recomendable disponer de un sistema para generar gravedad auxiliar, por ejemplo, mediante fuerza centrífuga. Además, podrían desarrollarse mecanismos para facilitar a la tripulación ayudas para soportar períodos de alta aceleración.

En segundo lugar, cualquier nave estatocolectora debe diseñarse, en principio, como una nave generacional. La razón es bien sencilla: los periodos de tránsito entre sistemas solares diferentes son del orden de lustros, incluso contando con la dilatación temporal relativista. Y eso sin tener en consideración los tiempos de tránsito intrasistema, que pueden llegar a ser también bastante prolongados. Por tanto es necesario disponer de algún tipo de ecosistema cerrado autorregulado capaz de proporcionar aire, agua y alimentos a la tripulación para un viaje de años.

Por ultimo, existen diferentes estrategias para abordar el problema de los tripulantes durante un vuelo tan prolongado. La más sencilla es, directamente, no llevar tripulación: la misión constaría tan solo una nave sembradora, completamente automática, cargada de embriones que serían "activados" en el punto de destino. Esta es la opción que menor tiempo de tránsito tiene, puesto que permite las más altas aceleraciones. Presenta el inconveniente de que el desarrollo de los embriones a la llegada no es precisamente evidente. Otra alternativa, relacionada con la anterior, sería transportar a la mayor parte de la tripulación en estado de hibernación, manteniendo despiertos solamente a aquellos individuos necesarios para el funcionamiento mínimo del sistema. La ultima opción sería mantener a todo el mundo despierto durante todo el viaje. Esta es sin duda la solución más conflictiva: por los problemas de ecosistema que presenta, por las tensiones sociales derivadas de la convivencia dentro
de un espacio asfixiantemente claustrofóbico como el correspondiente a una nave espacial durante un viaje de años, etc.

Protección frente a radiación

Una nave estatocolectora presenta un ambiente ciertamente hostil para cualquier tipo de soporte vital. En efecto, los tripulantes están literalmente rodeados por intensas fuentes de radiaciones de diferentes tipos: neutrones procedentes de la antorcha, rayos gamma generados en el escape del motor de fusión, etc. Además, tenemos el problema de los átomos de materia interestelar que no son atrapados por la draga magnética y acaban colisionando con la nave. Este bombardeo acabaría por erosionar el casco de la nave y destruiría a su tripulación en un breve período de tiempo.

En cuanto a soluciones, a lo largo del artículo se han comentado unas cuantas. Alejar el motor de fusión el máximo posible respecto del habitáculo de la tripulación y blindarlo con un absorbente de neutrones minimiza los riesgos. En cuanto a la materia interestelar, existen varias alternativas. Por ejemplo, la utilización de un escudo de ablación que se movería por delante de la nave (o dentro de la misma entre la tolva colectora y el habitáculo de la tripulación) y que podría incluso emplearse como masa secundaria de propulsión (utilizando agua, por ejemplo) o bien el hipotético desarrollo de campos capaces de manejar materia neutra susceptibles de ir "barriendo" el espacio por delante de la nave. O simplemente, el concepto de "nave piedra": un asteroide perforado al que se le dota de un reactor de fusión y en cuyo interior se situarían los habitáculos de la tripulación.

Comunicaciones y navegación

Las comunicaciones de la estatocolectora con el planeta de origen tienen una serie de problemas básicos. El primero, y más importante, viene determinado por la propia naturaleza del sistema de impulsión: resulta muy difícil emitir ningún tipo de radiación a través del infierno desatado del escape de un motor de fusión. Para conseguir comunicarse con el planeta de origen sería necesario, bien remolcar una antena fuera del radio de influencia del escape del reactor, bien detener momentáneamente el mismo, siempre que eso sea posible, con el fin de transmitir y recibir información.

El segundo problema de las comunicaciones sólo se presenta cuando la nave se está desplazando a velocidades relativistas. En este momento, el corrimiento doppler de las señales de telecomunicación se hace bastante importante. Se puede pensar en compensarlo en el caso de la portadora, pero para la información modulada puede ser un problema crítico. Especialmente porque el corrimiento no es constante, sino que varia con el valor instantáneo del vector de impulso de la nave.

Este mismo problema aparece también en relación a la navegación. En efecto, la transición a efectos relativistas desfigura completamente el aspecto de las estrellas que rodean a la nave: las que están al frente experimentan un corrimiento al azul, las que quedan detrás, un corrimiento al rojo. A velocidades elevadas puede ser bastante complicado el establecer la correlación entre los tipos estelares detectados y los tipos estelares reales de las estrellas de referencia.

Por último, el propio mecanismo de dilatación temporal que hace más llevadero el viaje, al hacer más lento el paso del tiempo en la nave, es un arma mortal contra la comunicación: en efecto, cuando a 0,9c los mensajes procedentes del planeta madre tardan un par de años en alcanzarte, deja de tener mucho sentido contestar a los mismos.

Las estatocolectoras en la ciencia ficción

Los escritores del genero siempre han sabido reconocer las especiales bondades de las naves estatocolectoras como vehículos interestelares. Una de las especulaciones mas osadas e interesantes sobre el tema nos la ofrece Poul Anderson en su novela "Tau Cero". La misma nos narra el viaje de una nave estatocolectora que, a mitad de camino sufre una colisión con una nube de materia en condensación y pierde su capacidad de frenado. Los tripulantes se ven abocados entonces a acelerar continuamente en busca de un lugar en el que la densidad de materia sea lo suficientemente baja como para desconectar los campos de protección y proceder a la reparación de la nave… al tiempo que experimentan los efectos relativistas derivados de una velocidad cada vez mas cercana a la de la luz.

El diseño de la estatocolectora de Anderson esta particularmente cuidado. Corresponde al de una nave interestelar típica, con sistema de propulsión y frenado independientes y draga magnética generada por superconductores refrigerados por helio. El motor secundario es un impulsor ionico. El problema de la materia neutra se resuelve mediante el empleo de campos electromagnéticos variables que interactuan con los átomos mediante fuerzas magnetohidrodinámicas. El peor defecto técnico de la obra esta precisamente en el abuso de este tipo de campos: el reactor de fusión esta fijado mediante campos, el encaminamiento de materia a la tolva se lleva a cabo por los mismos, e incluso se propone un sistema de cancelación de la inercia, bastante increíble, por cierto, que se apoya en estos efectos.

La novela también hace hincapié en el carácter generacional de este tipo de naves, con sistemas de reciclado de aire y alimentos basados en modelos biológicos capaces de generar un ecosistema estable durante un periodo de tiempo bastante prolongado. Las relaciones interpersonales en una misión de este tipo también están magníficamente retratadas.

En la misma línea tenemos "Efímeras", de Kevin O’Donnell Jr. En este caso, la nave es muchísimo mayor que la de Anderson y esta pilotada por un ordenador cyborg, que utiliza componentes biológicos y electrónicos. Precisamente los problemas comienzan cuando el cerebro humano que forma el elemento biológico de la nave recupera su conciencia e intenta adaptarse a su nueva situación. Lamentablemente, una de sus primeras acciones consiste en apagar, de modo casi inconsciente, el reactor de fusión, con lo que la nave queda privada de empuje: un viaje que debería haberse completado en el curso de pocos años se convierte en un autentico arrastrarse entre las estrellas. La descripción del cyborg casi inmortal que pilota la nave y la adaptación de sus tripulantes desde un viaje de transito a una nave generacional son simplemente magnificas.

Desde el punto de vista técnico, la nave de "Efímeras" es también un modelo de espacio profundo destinado a la colonización. El tamaño es enorme, para dar acomodo a una tripulación bastante numerosa. La nave es de un solo uso: al llegar al planeta de destino, los materiales de la misma deberían de ser utilizados para ofrecer materia prima para la nueva colonia.

El sistema de captación de materia se basa también en campos capaces de manejar materia neutra, aunque la descripción de los mismos es bastante mas vaga que en el caso de "Tau Cero". Además, esta dotada de generadores locales de gravedad. La nave, como todo modelo generacional, esta dotada de un ecosistema cerrado: precisamente uno de los problemas mas graves con los que se encuentran durante el viaje es el desequilibrio inducido en dicho ecosistema por la introducción de un animal que es utilizado como arma en la peculiar guerra que tienen el componente biológico y el componente electrónico por el control de la nave.

Otro punto muy bien tratado, es el del encuentro con otras razas alienígenas que cruzan el espacio utilizando el mismo sistema de impulsión: la identificación de los patrones de emisión de los escapes de las estatocolectoras esta particularmente conseguida. Estos encuentros con otras razas no siempre resultan agradables: su primera experiencia es con una nave de violadores de mentes que les vuelven particularmente paranoicos a la hora de abordar nuevos contactos.

Gregory Benford es un autor particularmente comprometido con el tema de las estatocolectoras. En su novela "A través del mar de soles", la nave Lancer lleva a cabo un viaje a los sistemas estelares mas cercanos a la Tierra que acaba por conducir al protagonista hasta el mismísimo corazón de la galaxia… mientras que la Tierra sufre el ataque de una civilización de inteligencias mecánicas. La nave de Benford tiene elementos ciertamente originales. Para empezar, utiliza superconductores orgánicos de alta temperatura para el diseño de la draga magnética. Además, emplea una reacción nuclear catalizada libre de neutrones, semejante a las de ciclo de Bethe de las estrellas… aunque no explica el mecanismo por el que reproduce las presiones y temperaturas presentes en dicho medio. Por ultimo, responde al esquema de nave dotada de un único tipo de motor: el reactor de fusión se alimenta tanto de la materia interestelar en los tránsitos entre sistema como de la masa de reacción interna para
las fases de aceleración y frenado.

Por lo demás, el sistema de soporte vital es ciertamente curioso. El Lancer esta construido utilizando un asteroide modificado, que proporciona protección frente a la radiación, materia prima, cultivos hidropónicos e incluso posiblemente masa de reacción para la antorcha de fusión. La gravedad artificial se consigue mediante rotación en torno al eje principal de la piedra. Con una tripulación activa en torno al millar de personas, el Lancer esta también dotado de un sistema de almacenamiento criogénico para disminuir los requerimientos del sistema de soporte vital en desplazamientos prolongados… aunque en la dinámica social propia de los largos viajes por las estrellas acaba siendo destinado a usos muchísimo mas siniestros…

Otro elemento interesante es que las tareas de mantenimiento se llevan a cabo mediante robots controlados mediante sistemas de realidad virtual, incluyendo la limpieza del colector de las impurezas acumuladas durante el viaje.

En la misma línea tenemos el relato "Efectos relativistas", muy semejante a uno de los capítulos de "A través del mar de soles". "Efectos relativistas" es un homenaje a "Tau Cero", de la que toma el argumento principal: la nave estatocolectora que ha perdido la capacidad de frenado y se ve obligada a seguir acelerando hasta el fin del universo. Las características de la estatocolectora de este relato son en todo semejantes a los del Lancer: telemantenimiento mediante remotos pilotados por sistemas de realidad virtual, superconductores orgánicos y reacción termonuclear catalizada.

Benford hace otra incursión en el tema con "Redentora", donde narra las peripecias de una nave estatocolectora que es asaltada por una nave mas rápida que la luz procedente de la Tierra para hacerse con sus reservas de material genético. El esquema de "Redentora" es mas próximo a la nave de "Efímeras", por cuanto el piloto de la misma es también un cyborg. Por lo demás, en este caso Benford utiliza un perfil de misión basado en una tripulación mínima, con el resto de los colonos hibernados o transportados en forma de material genético. Este esquema, junto con la utilización de un piloto cyborg capaz de despertar a la tripulación hibernada para la resolución de situaciones concretas, es el optimo desde el punto de vista de tiempo de transito, pues permite las aceleraciones mas altas para alcanzar las velocidades relativistas que disminuyen el tiempo nave de viaje. Esta solución se utiliza también en "Sudario de estrellas", donde las comunicaciones y los viajes personales se llevan a
cabo mediante naves taquionicas mas rápidas que la luz, mientras que el transporte de mercancías, con menos requisitos de soporte vital y tiempo de transito mas prolongado, esta encomendado a las naves estatocolectoras automáticas. Esto favorecía el desarrollo de una economía con una planificación de décadas: uno planeta podría adquirir un determinado cargamento que tardase todavía cinco años en llegar…

Otro gran paladín de las estatocolectoras en la ciencia ficción es Larry Niven. En sus dos grandes novelas, "Mundo Anillo" y "Los ingenieros del mundo anillo", Niven nos cuenta las aventuras de una tripulación multiracial en la exploración de una mega estructura: el Mundo Anillo, gigantesca obra de ingeniería planetaria consistente en un anillo que rodea completamente a su sol, mientras el sistema completo se desplaza fuera de la galaxia huyendo de la explosión del núcleo. La civilización que construyo esa estructura utilizaba estatocolectoras para el transporte de mercancías entre el Mundo Anillo y los sistemas estelares que los habitantes del mismo utilizaban como bases de suministro. Precisamente a través de uno de esos circuitos de transporte llegan al Mundo Anillo los hongos responsables de la degeneración de los superconductores de alta tecnología que en ultima instancia producen el hundimiento de su civilización. Estas estatocolectoras utilizan superconductores de alta
temperatura y campos manipuladores de materia para obtener el combustible para su generador de fusión. Además, utilizaban un modelo semigeneracional, con estancias del orden de cinco años en el espacio interestelar, desacelerando al llegar al puerto de destino mediante un sistema electromagnético.

Además de estas naves de transporte del mundo anillo, otra de las razas que poblaba la galaxia, los titerotes, utilizaban dragas magnéticas para recoger deuterio interestelar con destino a los omnipresentes motores de fusión montados en la mayor parte de las naves que aparecen en el fascinante universo retratado por el libro.

Niven retoma el tema de las estatocolectora en "Un mundo fuera del tiempo". Por cierto que el planteamiento de esta novela es ciertamente original: en lugar de moverse a baja velocidad dentro del sistema planetario y acelerar en el espacio interestelar, Niven aprovecha la riqueza de materia en los alrededores de una estrella para acelerar y desarrollar una trayectoria a velocidad constante en el espacio interestelar. Lógicamente, el rendimiento del motor es perfecto, pero como solo utiliza campos electromagnéticos para la captación de materia, no queda particularmente claro como consigue evitar los efectos derivados del bombardeo de partículas ni de la colisión con escombros planetarios…

Por ultimo, en la novela de Aguilera y Redal "Hijos de la Eternidad" aparece una nave estatocolectora llamada "Konrad Lorentz". Esta nave responde al esquema clásico de nave generacional: un cilindro de unos 20 Km de longitud y unos dos de diámetro, draga magnética clásica sin sistema de ionización y gravedad inducida por rotación, en cuya cara interna podían encontrarse casas, jardines y parques. Al igual que en "Efímeras", la nave esta gobernada por un tandem biológico y cibernético: un ordenador super avanzado que trabaja junto con un delfín modificado genéticamente. La Konrad Lorentz forma parte de una flota de miles de naves del mismo tipo construidas en órbita con propósitos de colonización: los pasajeros viajan despiertos la duración de un viaje que mas que interestelar resulta casi intergaláctico…

Como conclusión, la nave estatocolectora ofrece el mejor camino posible para la exploración interestelar. Una vez desarrollado un motor de fusión viable, una sonda basada en esta tecnología tendría una alta capacidad de aceleración, autonomía casi indefinida y no plantearía unos problemas excesivos de protección para la electrónica asociada. Aplicada a una nave interestelar tripulada seria necesario resolver los problemas de soporte vital comentados en el articulo. Además, seria necesaria una tecnología de protección que no esta actualmente desarrollada. En cualquier caso, si algún día nuestros astrónomos detectan una estela de fusión procedente de una estrella cercana, posiblemente procederá de una de estas naves cruzando en solitario el vacío abismo entre los soles…

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En el enlace cuentan que pertenecen a una competición de Origami (折り紙) y dan enlaces a varias páginas con más galerías aún. Son fastuosas. 

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