La idea que cambiará para siempre la exploración espacial: enjambres de diminutas naves propulsadas por la luz del Sol

Uno de los desafíos más complejos que plantea la exploración espacial es el consumo de energía de las naves y satélites. La luz solar puede ayudar a la propulsión gracias a los constantes avances en paneles fotovoltaicos y la NASA ya tiene planes para utilizar veleros solares para llegar a estrellas sin usar nada de combustible, pero un nuevo descubrimiento puede ser clave para revolucionar el sector aeroespacial.

Un equipo de científicos ha desarrollado una estructura a nanoescala capaz de levitar cuando se ilumina con una luz de intensidad similar a la del Sol. Este avance, basado en un fenómeno físico de hace más de 150 años, podría finalmente permitir el estudio de la mesosfera, una de las capas más inaccesibles de nuestra atmósfera.

Los investigadores detallan en un artículo publicado en Nature cómo han conseguido crear una plataforma volante de un centímetro de diámetro fabricada con láminas perforadas que se alimenta únicamente de la luz, abriendo la puerta a una nueva era de exploración espacial silenciosa y sin combustibles.

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El principio que impulsa estas naves es la fotoforesis, un fenómeno que describe el movimiento inducido por la luz en un fluido, como el aire, en relación con una superficie sólida. Su ejemplo más conocido es el radiómetro de Crookes, un dispositivo inventado como juguete hace más de 150 años que consiste en unas aspas, con un lado negro y otro blanco, que giran al ser expuestas a una luz brillante.

Contrariamente a la primera intuición, no es la presión de los fotones lo que las mueve. El lado negro absorbe más energía lumínica y se calienta más que el blanco. Las moléculas de gas del entorno, que están en constante movimiento, rebotan en esta superficie caliente con un impulso mayor, creando un flujo de aire que empuja las aspas y las hace girar.

Diagrama que explica los posibles usos de Benjamin Schafer / Nature Omicrono

El nuevo dispositivo desarrollado por un equipo liderado por el físico estadounidense Benjamin Schafer perfecciona este concepto para generar una fuerza de sustentación vertical. La estructura se compone de dos láminas de óxido de aluminio perforadas y conectadas por escasos ligamentos. La lámina inferior está recubierta de cromo, lo que le permite calentarse más que la superior al ser iluminada.

Esta diferencia de temperatura genera un flujo de aire fotoforético a través de las perforaciones, produciendo una fuerza de elevación similar a la de un chorro de gas que impulsa un cohete. El diseño es una mejora sustancial frente a intentos previos, que requerían una luz varias veces más intensa que la del Sol para levitar.

La clave del nuevo diseño es que los ligamentos minimizan la conducción de calor entre las dos láminas, maximizando la diferencia de temperatura y, por tanto, la fuerza de sustentación.

Investigar la mesosfera

El objetivo principal de estos dispositivos sería la mesosfera, la capa de la atmósfera situada entre los 50 y 80 kilómetros sobre el suelo. El estudio detallado de esta región es especialmente difícil, ya que el aire es demasiado fino para que vuelen aviones o globos, pero a la vez es demasiado denso para los satélites en órbita.

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Uno de los posibles usos de estas plataformas capaces de levitar sería proporcionar datos in situ a largo plazo, flotando silenciosamente durante el día gracias a la luz solar. Los investigadores proponen que la radiación infrarroja de la Tierra, siempre disponible, podría mantenerlas en el aire durante la noche.

Para que su potencial se materialice, estas delicadas y ultraligeras estructuras deberán escalarse para transportar cargas útiles lo suficientemente grandes como para transmitir datos científicos de gran ancho de banda, lo que supondría llevar a bordo instrumentos del tamaño de un teléfono móvil.

Si se logra, enjambres de estos ingenios voladores podrían, en la próxima década, recopilar datos de alta resolución sobre la dinámica de los vientos, la composición química, las nubes a gran altitud e incluso el polvo meteórico en la mesosfera. De prosperar, los investigadores también plantean su utilidad para explorar a fondo planetas como Marte de forma mucho más rápida y económica que lo que propone, por ejemplo, Elon Musk.

Así, lo que comenzó como una curiosidad científica de la época victoriana está a punto de convertirse en una herramienta clave para explorar las regiones más recónditas de la galaxia.