Superautopistas interplanetarias, la forma más barata y cómoda de viajar por el espacio.

Si estás pensando escapar de este planeta pandémico durante el verano, es posible que te interese conocer las formas más baratas de viajar por el espacio.

Representación artística mostrando la superautopista interplanetaria y uno de sus infinitos caminos marcado en verde.
Representación artística mostrando la superautopista interplanetaria y uno de sus infinitos caminos marcado en verde.NASACreative Commons

Por demencial que parezca el concepto “superautopista interplanetaria” no es un término sacado de la mano para conseguir más visitas, es cómo los propios investigadores se refieren a ellas. Aunque para ser precisos, el término más exacto es “red de transporte interplanetario”, lo cual también suena realmente fantasioso. En cualquiera de los dos casos, nos estamos refiriendo a caminos que unen planetas, lunas y estrellas como si fueran corrientes marinas, solo que en lugar de agua lo que movería a la nave sería la gravedad en sí misma.

No se trata solo de un concepto teórico o un futurible, las superautopistas interplanetarias son una realidad y ya las hemos puesto a prueba. Gracias a ellas, la sonda Génesis pudo viajar treinta millones de kilómetros durante tres años dedicando solo un 5% de su peso al almacenaje de combustible. Para que nos hagamos una idea, si no hubiera aprovechado la red de transporte interplanetario el porcentaje de su peso que tendría que haber dedicado al combustible sería cercano al 50%, 10 veces más.

El combustible que se muerde la cola

A primera vista podría parecer que lo único que podemos hacer para aprovechar la gravedad en nuestro beneficio es propulsarnos en dirección a nuestro planeta o luna de destino con suficiente fuerza como para llegar un poquitito más allá de ese punto donde la gravedad de la Tierra deja de ser más fuerte que la del cuerpo hacia el que viajas. El cerebro nos dice que, si bien la gravedad de la Tierra nos mantiene “atados” a ella, si nos alejamos se debilitará y si además lo hacemos en la dirección correcta, se incrementará la atracción que sentimos hacia otros cuerpos. Muy resumidamente esto es correcto, pero tan simplista que no resulta demasiado útil.

Durante la exploración espacial hemos aprendido a utilizar la contraintuitiva gravedad para nuestro beneficio de formas mucho más sofisticadas. Un ejemplo clásico son las asistencias gravitatorias. Por ejemplo, la famosa misión espacial Cassini/Huygens no salió de la Tierra tan campante hacia Saturno. El primer paso fue superar la velocidad de escape de la Tierra, que es algo más de 11 kilómetros por segundo. Por suerte, la gravedad sigue una ley cuadrática inversa, esto es: que al doble de distancia experimentaremos cuatro veces menos gravedad, así que no hace falta avanzar demasiado para escapar a su influjo lo suficiente como para no volver a caer a tierra.

No obstante, tras esta batalla contra la gravedad hace falta imprimir más velocidad a la sonda para acelerar el viaje tanto como sea posible. La solución puede parecer fácil: que la sonda se propulse a sí misma con mucho combustible hasta alcanzar la velocidad que queremos. El problema es que “mucho combustible” pesa mucho y cuanto más pese más energía necesitaremos para que el cohete supere la velocidad de escape. Lo cual, a su vez, significa gastar más combustible durante el despegue. Lo ideal sería encontrar una forma de acelerar la nave sin tener que “engordarla” con más combustible y por suerte hay una manera.

Se trata de una maniobra llamada “asistencia gravitatoria”. Esta consiste en orbitar un planeta de tal modo que su propio movimiento en torno al Sol arrastre consigo a la sonda, acelerándola antes de abandonar su nueva órbita. Si queremos podemos verlo como que le “robamos” la energía al planeta. Como decíamos antes la misión Cassini/Huygens quería alcanzar Saturno y para llegar al sistema solar exterior conviene aprovecharse de estas maniobras. Concretamente, en la misión Cassini/Huygens se hicieron cuatro asistencias gravitatorias, dos a venos, una a la Tierra (sí, compensó volver sobre nuestros pasos) y finalmente una a Júpiter. En total el viaje de ida requirió 7 años.

Trayectoria interplanetaria de la Cassini.
Trayectoria interplanetaria de la Cassini.NASACreative Commons

Por supuesto, el verdadero proceso es mucho más complejo y requiere incluso que la sonda frene en algunos momentos. En cualquier caso, nos da una idea sobre cómo aligerar el combustible sin por ello sacrificar la velocidad de la misión. No obstante, si no nos importa tanto la velocidad existe una forma extremadamente más barata de solucionar nuestros problemas: los puntos de Lagrange.

Los puntos L

Puede que hayas escuchado hablar de “el problema de los tres cuerpos”. Antes de ser una novela era (y sigue siendo) uno de los problemas más complejos y engañosamente sencillos de la física. La idea es conseguir determinar para cualquier momento la velocidad y posición de tres cuerpos unidos gravitatoriamente tengan estos la masa que tengan. La dificultad se encuentra en que pequeñas variaciones en los valores iniciales (la velocidad o la posición que tenían a principio) influyen enormemente en la evolución del sistema a medida que este avanza, haciéndolo cada vez más difícil de predecir. Se trata de un sistema caótico, como el tiempo meteorológico en el que una previsión de lluvias para esta misma tarde tiene más posibilidades de acertar que la misma previsión para dentro de cuatro semanas.

No obstante, hay un caso particular en el cual no es demasiado complicado resolver este problema, pero para ello una de las tres masas tiene que ser despreciable y una de las otras dos debe ser significativamente más grande, haciendo que la restante trace una órbita relativamente circular en torno a ella. Fue bajo esta premisa como el matemático del siglo XVIII, Leonhard Euler, encontró tres puntos donde podía “colocarse” esa tercera masa encontrando una extraña propiedad. Por lo general, es de esperar que cuanto más pequeñas sean las órbitas más rápido se muevan los cuerpos que viajan por ellas y viceversa. No obstante, en esos tres puntos, aunque de forma inestable, se podía situar un cuerpo de masa despreciable y esperar que se moviera al unísono con otro de los cuerpos. Por ejemplo, en el caso del sistema formado por la Tierra, el Sol y una sonda, podríamos hacer que la sonda se moviera exactamente como nosotros colocándola en uno de esos tres puntos, uno a 1 millón y medio de kilómetros en dirección contraria al Sol, otro a la misma distancia en dirección al Sol, y el tercero más o menos al lado opuesto del Sol.

Diagrama mostrando los cinco puntos de Lagrange en torno a un sistema de dos cuerpos que en este caso incluye al Sol y a la Tierra
Diagrama mostrando los cinco puntos de Lagrange en torno a un sistema de dos cuerpos que en este caso incluye al Sol y a la TierraNASACreative Commons

Poco tiempo después, Joseph-Louis Lagrange descubrió otros dos puntos todavía más estables y con las mismas propiedades, ambos sobre la órbita de la propia Tierra, pero uno algo rezagado y otro adelantado por la misma distancia. Si representamos una órbita circular de un cuerpo en torno a otro, veremos que estos dos últimos puntos forman un triángulo equilátero con el tercero que hemos nombrado, aquel que estaba al otro lado del Sol. Esos son, a grandes rasgos, los cinco puntos de Lagrange que podemos encontrar en cualquier sistema de tres cuerpos donde uno de ellos tenga una masa despreciable. De hecho, si nos fijamos en la órbita de Júpiter podemos encontrar dos grandes cúmulos de cuerpos llamados “troyanos” que se mueven al unísono con él, precisamente porque están situados en el punto cuatro y cinco de Lagrange. Pues bien, esta es, precisamente, la clave de las superautopistas interagalácticas.

Guía del autoestopista galáctico

Pues bien, la dichosa red de transporte interplanetario no es más que los caminos que “unen” estos puntos de Lagrange en un sistema, ya sea la Luna con la Tierra, la Tierra con el Sol o el Sol con Marte. Aprovechando su estabilidad podemos viajar de uno a otro con un minimísmo gasto energético. Eso es lo que hizo la misión Génesis, como hemos contado. Salió de la Tierra para orbitar dos años en torno al punto uno de Lagrange, el que se encuentra a un millón y medio de kilómetros en dirección al Sol. Es extraño pensar que pueda orbitar un punto donde, realmente, no hay nada, pero es lo que se llama una órbita halo. Allí estuvo cerca de dos años antes de emprender el viaje de vuelta, el cual la hizo pasar por el punto dos de Lagrange antes de reentrar en nuestra atmósfera con no muy buen tino.

Mapa mostrando el trayecto de la  Wilkinson Microwave Anisotropy Probe realizando una maniobra gravitatoria en torno al punto L2 de Lagrange.
Mapa mostrando el trayecto de la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe realizando una maniobra gravitatoria en torno al punto L2 de Lagrange.NASA / WMAPCreative Commons

Gracias a ese truco la misión Génesis necesitó unas 10 veces menos combustible con el ahorro que eso supone en todos los aspectos. No obstante, si tienes pensado hacer un viaje algo más largo, tal vez a Marte, has de saber que por mucho que puedas aprovecharte de los puntos de Lagrange entre la Tierra y el Sol y darte un empujoncito para hacer “trasbordo” a los puntos entre el Sol y Marte, tal vez no te compense tanto. El ahorro de combustible es esencial, pero como habíamos dicho, confiar en estas autopistas entre puntos de Lagrange “te parte la tarde”. Hablamos de velocidades tan lentas y tiempos tan rematadamente largos que los expertos no las creen viables para el transporte entre planetas. Así que me temo que, tras todo esto, por muy reales que sean estas superautopistas, de viables tienen poco. Tal vez usar el prefijo “súper_” haya sido motivarse un poco de más, pero igual que la lentitud de ir a pie tiene su romanticismo, esta red de transporte interplanetario seguro que se prestaría a viajes de lo más introspectivos.

QUE NO TE LA CUELEN:

  • Es posible que estas autopistas sí sean útiles para el transporte de materiales entre nosotros y la Luna. Aunque todo sea muy especulativo, se ha teorizado la construcción de estaciones en los puntos 4 o 5 que funcionen como intercambiadores. Pero recordemos, por plausible que sea hoy en día es ciencia ficción. Dura, pero especulativa.

REFERENCIAS (MLA):

Kim, Hyerim (2015). Advanced Mission Design: Interplanetary Super Highway Trajectory Method. Doctoral dissertation, Texas A & M University. Available electronically from http : / /hdl .handle .net /1969 .1 /155436.

“Genesis: Search For Origins | News - Features - Web Archive Overview | JPL | NASA”. Genesismission.Jpl.Nasa.Gov, 2020, https://genesismission.jpl.nasa.gov/gm2/news/features/wrapup.htm.

Lo, Martin, and Min-Kun Chung. “Lunar Sample Return Via The Interplanetary Superhighway”. AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference And Exhibit, 2002. American Institute Of Aeronautics And Astronautics, doi:10.2514/6.2002-4718. Accessed 14 July 2020. https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2002-4718