La Valkyrie es una nave espacial teórica diseñada por Charles Pellegrino y Jim Powell (físico del Laboratorio Nacional de Brookhaven ). La Valkyrie es teóricamente capaz de acelerar hasta el 92% de la velocidad de la luz y desacelerar después, llevando una pequeña tripulación humana a otro sistema estelar. [1]
El alto rendimiento de la Valkyrie se debe a su diseño innovador. En lugar de una nave espacial sólida con un cohete en la parte posterior, la Valkyrie está construida como un teleférico , con los camarotes de la tripulación, los tanques de combustible, el blindaje contra la radiación y otros componentes vitales tirados entre los motores delanteros y traseros mediante largas correas. Esto reduce en gran medida la masa de la nave, porque ya no requiere miembros estructurales pesados ni blindaje contra la radiación. Esta es una ventaja considerable porque en un cohete cada kilogramo adicional de carga útil (masa seca) requerirá una cantidad adicional correspondiente de propulsor o combustible.
El Valkyrie tendría un módulo de tripulación a 10 kilómetros detrás del motor. Un pequeño escudo de tungsteno de 20 cm de espesor colgaría a 100 metros detrás del motor, para ayudar a proteger el módulo de tripulación que lo sigue de su radiación dañina. [2] El tanque de combustible podría colocarse entre el módulo de tripulación y el motor, para protegerlo aún más. En el extremo trasero de la nave habría un segundo motor, que la nave usaría para desacelerar. El motor delantero y el tanque que contiene su suministro de combustible podrían desecharse antes de la desaceleración, para reducir el consumo de combustible. [1] El sistema de amarre requiere que los elementos de la nave se muevan "hacia arriba" o "hacia abajo" de los amarres según la dirección de vuelo.
Inicialmente, el motor de la Valkyrie funcionaría utilizando pequeñas cantidades de antimateria para iniciar una reacción de fusión extremadamente energética. Una bobina magnética captura los productos de escape de esta reacción, expulsándolos con una velocidad de escape de 12-20% de la velocidad de la luz (35.000-60.000 km/s). A medida que la nave espacial se acerca al 20% de la velocidad de la luz, se alimenta más antimateria a los motores hasta que cambia a la aniquilación pura de materia-antimateria. [2] Utilizará este modo para acelerar el resto del camino a 0,92 c. Pellegrino estima que la nave necesitaría 100 toneladas de materia y antimateria para alcanzar 0,1-0,2 c, con un exceso indeterminado de materia para asegurar que la antimateria se utilice de manera eficiente. Para alcanzar una velocidad de 0,92 c y desacelerar después, la Valkyrie requeriría una relación de masas de 22 (o 2200 toneladas de combustible para una nave espacial de 100 toneladas). [1]
A velocidades tan altas, los escombros que pudieran caer sobre la nave serían un gran peligro. Mientras acelera, Valkyrie utiliza un dispositivo que combina las funciones de un escudo de partículas y un radiador de gotas líquidas . El calor residual se vierte en gotas líquidas que se lanzan al frente de la nave. A medida que la nave acelera, las gotas (ahora frías) caen efectivamente de nuevo dentro de la nave, por lo que el sistema se auto-recicla. Durante la desaceleración, la nave estará protegida por escudos de paraguas ultrafinos, aumentados por un escudo antipolvo, posiblemente hecho triturando piezas de la primera etapa descartada. [1]
El principal problema de viabilidad de Valkyrie [ cita requerida ] (o de cualquier propulsión por haz de antimateria) radica en que requiere toneladas de combustible de antimateria. La antimateria no se puede producir con una eficiencia de más del 50% (es decir, para producir un gramo de antimateria se requiere el doble de energía que la que se obtendría al aniquilar ese gramo con un gramo de materia). Dado que medio kilogramo de antimateria produciría 9×10 16 J si se aniquilara con una cantidad igual de materia [3] , esto se suma rápidamente a enormes requisitos de energía para su producción. Para producir las 50 toneladas de antimateria de Valkyrie se necesitarían 1,8×10 22 J. Esta es la misma cantidad de energía que toda la raza humana utiliza actualmente en unos cuarenta años.
Esto se puede solucionar creando una planta de energía verdaderamente enorme para la fábrica de antimateria, probablemente en forma de una vasta serie de paneles solares con un área combinada de millones de kilómetros cuadrados o muchos reactores de fusión . Alternativamente, el motor híbrido de antimateria-fusión que utiliza el Valkyrie para acelerar hasta 0,2 c requeriría mucha menos antimateria y, con una velocidad de escape de 30-60.000 km·s −1 , todavía se compara bastante favorablemente con motores de la competencia, como el motor de pulso de confinamiento inercial utilizado por el Proyecto Daedalus o el Proyecto Orion . La construcción liviana del Valkyrie también podría aplicarse a una amplia variedad de vehículos espaciales.
Al utilizar amarres, no hay rigidez entre los elementos de la nave y los motores. Sin aceleración activa o empuje para tirar y enderezar los amarres, el más mínimo desequilibrio, exceso de fuerza o el movimiento de los elementos de la nave a diferentes configuraciones de vuelo plantean un peligro de colisiones entre los elementos de la nave y los motores. Como los vuelos espaciales de larga duración a velocidades interestelares provocan erosión debido a la colisión con partículas, gas, polvo y micrometeoritos, los amarres son literalmente líneas de vida. [4] [5] Cambiar el rumbo o hacer girar la nave requiere reposicionar o alinear cada elemento de la nave y presumiblemente consume más combustible al hacerlo.
Como los radiadores de gotas líquidas (LDR) se despliegan en el otro lado de la propulsión y del cuerpo principal, las gotas y los colectores están expuestos a la otra mitad de la energía térmica de la radiación gamma de la aniquilación de antimateria. Si el área total de los colectores es mayor que el escudo de radiación, el LDR serviría para enfriarse a sí mismo en lugar de servir de escudo para los componentes principales de la nave. [6]
En la película Avatar aparece una nave espacial interestelar superficialmente similar . [7]