Los viajes espaciales bajo aceleración constante son un método hipotético de viaje espacial que implica el uso de un sistema de propulsión que genera una aceleración constante en lugar de los impulsos cortos e impulsivos producidos por los cohetes químicos tradicionales . Durante la primera mitad del viaje, el sistema de propulsión aceleraría constantemente la nave espacial hacia su destino, y durante la segunda mitad del viaje la desaceleraría constantemente. [1] La aceleración constante podría usarse para lograr velocidades relativistas , [2] [3] [4] convirtiéndola en un medio potencial para lograr el viaje interestelar humano . Este modo de viajar aún no se ha utilizado en la práctica.
La aceleración constante tiene dos ventajas principales:
Tanto las trayectorias de empuje constante como las de aceleración constante implican que una nave espacial encienda su motor continuamente. En una trayectoria de empuje constante, [5] la aceleración del vehículo aumenta durante el período de empuje, ya que el uso de combustible disminuye la masa del vehículo. Si en lugar de empuje constante el vehículo tiene una aceleración constante, el empuje del motor disminuye durante el viaje.
La nave espacial debe invertir su orientación a mitad del viaje y desacelerar el resto del camino, si es necesario llegar a su destino (a diferencia de un sobrevuelo).
Una nave espacial que utilice una aceleración constante significativa se acercará a la velocidad de la luz en distancias interestelares , por lo que los efectos de la relatividad especial, incluida la dilatación del tiempo (la diferencia en el flujo de tiempo entre la hora de la nave y la hora local), se vuelven importantes. [7]
La distancia recorrida, bajo aceleración propia constante , desde el punto de vista de la Tierra en función del tiempo del viajero se expresa mediante la distancia coordenada x en función del tiempo propio τ con aceleración propia constante a . Está dado por: [8] [9]
donde c es la velocidad de la luz.
En las mismas circunstancias, el tiempo transcurrido en la Tierra (el tiempo coordenado ) en función del tiempo del viajero viene dado por:
Una limitación de la aceleración constante es el combustible adecuado. La aceleración constante sólo es factible con el desarrollo de combustibles con un impulso específico mucho mayor que el disponible actualmente.
Hay dos enfoques amplios para la propulsión de impulso específico superior:
Recoger combustible a lo largo del camino (el método estatorreactor ) perderá eficiencia a medida que la velocidad de la nave espacial aumente en relación con la referencia planetaria. Esto sucede porque el combustible debe acelerarse a la velocidad de la nave espacial antes de que se pueda extraer su energía, y eso reducirá drásticamente la eficiencia del combustible .
Un problema relacionado es el arrastre . Si la nave espacial, cercana a la velocidad de la luz, interactúa con materia que se mueve lentamente en el marco de referencia planetario, esto provocará una resistencia que eliminará una parte de la aceleración del motor.
Un segundo gran problema al que se enfrentan los barcos que utilizan aceleración constante para viajes interestelares es la colisión con materia y radiación durante el camino. A mitad del viaje, cualquier impacto de este tipo se producirá a una velocidad cercana a la de la luz, por lo que el resultado será espectacular.
Si una nave espacial utiliza una aceleración constante a lo largo de distancias interestelares, se acercará a la velocidad de la luz en la parte media de su viaje cuando se la ve desde el marco de referencia planetario . Esto significa que los efectos de la relatividad serán importantes. El efecto más importante es que el tiempo parecerá pasar a ritmos diferentes en el marco de la nave y en el marco planetario, y esto significa que la velocidad de la nave y el tiempo de viaje aparecerán diferentes en los dos marcos.
Desde el marco de referencia planetario, la velocidad de la nave parecerá estar limitada por la velocidad de la luz: puede acercarse a la velocidad de la luz, pero nunca alcanzarla. Si un barco utiliza una aceleración constante de 1 g , parecerá acercarse a la velocidad de la luz en aproximadamente un año y habrá recorrido aproximadamente medio año luz de distancia. A mitad del viaje, la velocidad del barco será aproximadamente la velocidad de la luz, y al final del viaje volverá a reducirse hasta llegar a cero en un año.
Como regla general, para una aceleración constante de 1 g ( gravedad terrestre ), el tiempo de viaje, medido en la Tierra , será la distancia en años luz hasta el destino, más 1 año. Esta regla general dará respuestas ligeramente más cortas que la respuesta calculada exacta, pero razonablemente precisas.
Desde el punto de vista de quienes están a bordo del barco, la aceleración no cambiará a medida que avanza el viaje. En cambio, el marco de referencia planetario parecerá cada vez más relativista. Esto significa que para los viajeros a bordo del barco el viaje parecerá mucho más corto de lo que ven los observadores planetarios.
Con una aceleración constante de 1 g , un cohete podría recorrer el diámetro de nuestra galaxia en unos 12 años de tiempo de nave y unos 113.000 años de tiempo planetario. Si la última mitad del viaje implica una desaceleración de 1 g , el viaje tardaría unos 24 años. Si el viaje es simplemente a la estrella más cercana, con desaceleración en la última mitad del camino, tomaría 3,6 años. [10]
Las naves espaciales de las historias de Venus Equilátero de George O. Smith son todas naves de aceleración constante. La aceleración normal es 1 g , pero en "El triángulo externo" se menciona que son posibles aceleraciones de hasta 5 g si la tripulación está drogada con gravanol [11] para contrarrestar los efectos de la carga g .
" Sky Lift " es un cuento de ciencia ficción de Robert A. Heinlein, publicado por primera vez en 1953. En la historia, el piloto de una nave antorcha sale de la órbita terrestre hacia Plutón en una misión para ofrecer una cura a una plaga que asola una estación de investigación. [12]
Tau Zero , unanovela de ciencia ficción de Poul Anderson , tiene una nave espacial que utiliza un motor de aceleración constante.
Las naves espaciales en la novela de Joe Haldeman de 1974 The Forever War hacen un uso extensivo de la aceleración constante; Requieren un elaborado equipo de seguridad para mantener vivos a sus ocupantes a alta aceleración (hasta 25 g ) y acelerar a 1 g incluso cuando están "en reposo" para proporcionar a los humanos un nivel cómodo de gravedad.
En el universo del Espacio Conocido , construido por Larry Niven , la Tierra utiliza motores de aceleración constante en forma de estatorreactores Bussard para ayudar a colonizar los sistemas planetarios más cercanos . En la novela espacial no conocida Un mundo fuera del tiempo , Jerome Branch Corbell (para él mismo), "lleva" un estatorreactor al Centro Galáctico y regresa en 150 años en el tiempo (la mayor parte en sueño frío), pero 3 millones de años. pasa por la Tierra.
En The Sparrow , de Mary Doria Russell , el viaje interestelar se consigue convirtiendo un pequeño asteroide en una nave espacial de aceleración constante. La fuerza es aplicada por motores de iones alimentados con material extraído del propio asteroide.
En la serie Revelation Space de Alastair Reynolds , el comercio interestelar depende de naves estelares "abrazadoras de luz" que pueden acelerar indefinidamente a 1 g , con motores de aceleración constante impulsados por antimateria reemplazados. Los efectos de los viajes relativistas son un punto importante de la trama en varias historias y, por ejemplo, informan la psicología y la política de las tripulaciones de "ultranautas" de los abrazadores de la luz.
En la novela 2061: Odyssey Three de Arthur C. Clarke , la nave espacial Universe , que utiliza un cohete de fusión catalizado por muones , es capaz de realizar una aceleración constante a 0,2 g con pleno empuje. La novela de Clarke " Imperial Earth " presenta un "impulso asintótico", que utiliza un agujero negro microscópico y un propulsor de hidrógeno, para lograr una aceleración similar viajando desde Titán a la Tierra.
Las naves espaciales UET y Hidden Worlds de la saga Rissa Kerguelen de FM Busby utilizan un motor de aceleración constante que puede acelerar a 1 go incluso un poco más.
Los barcos de la serie Expanse de James SA Corey utilizan motores de aceleración constante, que también proporcionan gravedad artificial a los ocupantes.
En The Martian , de Andy Weir , la nave espacial Hermes utiliza un motor de iones de empuje constante para transportar astronautas entre la Tierra y Marte . En Project Hail Mary , también de Weir , la nave espacial del protagonista utiliza un motor giratorio de aceleración constante de 1,5 g para viajar entre el Sistema Solar , Tau Ceti y 40 Eridani .
Exploradores en la Luna , una de lasseries de álbumes de cómics Las aventuras de Tintín de Hergé , presenta un cohete lunar tripulado con un "motor de cohete atómico" no especificado. La nave acelera constantemente desde el despegue para proporcionar a los ocupantes una gravedad constante, hasta que se alcanza un punto medio donde la nave gira para desacelerar constantemente hacia la Luna.
The Lost Fleet , escrita por John G. Hemry bajo el seudónimo de Jack Campbell, es una serie de ciencia ficción militar en la que varias naves de todos los tamaños utilizan propulsión de aceleración constante para viajar distancias dentro de sistemas estelares. Teniendo en cuenta los efectos relativistas en el combate espacial, la comunicación y la sincronización, las naves trabajan en varias formaciones para maximizar la potencia de fuego y minimizar el daño recibido. La serie también presenta el uso de Jump Drives para viajar entre estrellas utilizando puntos de salto gravitacionales, así como el uso de Hypernets, que utiliza principios de entrelazamiento cuántico y ondas de probabilidad para viajes de larga distancia entre puertas construidas masivamente.
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