UNA FORMA MÍTICA DE PROPULSIÓN ESPACIAL FINALMENTE OBTIENE UNA PRUEBA REAL

Científicos han debatido por décadas si el concepto de propulsión conocido como EmDrive es real o un pensamiento tonto. Una nueva herramienta sensible puede proveer por fin una respuesta.

[Nota: EmDrive puede traducirse como Propulsor Electromagnético o como propulsor de cavidad resonante RF o de radio frecuencia. MWH]

Esta es una traducción especial de Mlton W. Hourcade para UAPSG-GEFAI del artículo publicado en Wired – Science por Daniel Oberhau el 5 de Junio de 2019.

Desde el nacimiento de la era espacial, el sueño de realizar un viaje a otro sistema solar ha sido impedido por la “tiranía de la ecuación cohete” , que establece límites en la velocidad y tamaño del navío espacial que lanzamos al cosmos. Aún hoy con motores de cohetes más poderosos, los científicos calculan que llevaría 50.000 años alcanzar nuestro más cercano vecino Alfa del Centauro.  Si los humanos alguna vez esperan ver un sol naciendo en otro lugar, los tiempos de viaje tendrán que descender significativamente.

De los conceptos avanzados de propulsión que pueden teóricamente superar esa limitación, pocos han generado tanto entusiasmo –y controversia— como el EmDrive.

Inicialmente descrito hace casi dos décadas, el EmDrive trabaja convirtiendo electricidad en microondas y canalizando esta radiación electromagnética a través de una cámara cónica. En teoría, las microondas pueden ejercer fuerza contra las paredes de la cámara para producir suficiente impulso para propulsar la nave espacial una vez que está en el espacio. En este momento, sin embargo, EmDrive existe sólo como un prototipo de laboratorio, y aún no está claro si finalmente es capaz de producir impulso. Si lo logra, las fuerzas que genera no son suficientemente fuertes como para ser registradas a simple vista, mucho menos para impulsar un aparato.

A lo largo de pocos años, un grupo de equipos de investigación, incluyendo uno de la NASA, declaran haber producido con éxito impulso con un EmDrive. Si es cierto, eso equivaldría a uno de los más grandes avances en la historia de la exploración espacial. El problema es que el empuje observad e esos experimentos es tan pequeño que es difícil decir si es real.

La resolución descansa en diseñar una herramienta que pueda medir esas minúsculas cantidades de empuje. Entonces un equipo de física de la Universidad Técnica de Alemania en Dresden se estableció para crear tal herramienta que llenará esta necesidad.  Liderado por el físico Martin Tajmar, el proyecto SpaceDrive aspira a crear un instrumento tan sensible e inmune a interferencia que podría poner fin de una buena vez al debate. Tajmar y su equipo presentaron su segundo conjunto de mediciones experimentales de EmDrive en el Congreso Internacional de Astronáutica este Agosto [2019] . Basado en los resultados de estos experimentos, Tajmar dice que una resolución a la saga del EmDrive puede estar dentro de pocos meses.

Muchos científicos e ingenieros desestiman el EmDrive porque parece violar las leyes de la física. Microondas empujando las paredes de una cámara de EmDrive parecen generar impulso de la nada, lo que no es compatible con la conservación del momento, es toda acción y no hay reacción. Quienes proponen el EmDrive, a su vez, han apelado a interpretaciones marginales de la mecánica cuántica para explicar cómo el EmDrive puede trabajar sin violar la física Newtoniana. “Del punto de vista de la teoría, nadie  toma esto en serio” dice Tajmar. Si el EmDrive es capaz de producir impulso, como algunos grupos ha declarado, él dice que “no tienen prueba de dónde procede ese impulso”. Cuando hay una desavenencia  teórica de esta magnitud en ciencia, Tajmar ve que la única forma de cerrarla es: experimentación.

A fines de 2016, Tajmar y otros 25 físicos se reunieron en el Parque Estes, en Colorado, para la primera conferencia dedicada al EmDrive y sistemas

de propulsión exóticos relacionados. Una de las más  apasionantes presentaciones fue hecha por Paul March, un físico e la NASA del laboratorio Eagleworks, donde él y su colega Harold White han estado probando varios prototipos de EmDrive. Según la presentación de March y un subsiguiente trabajo publicado en el Journal of Propulsion and Power, él y White observaron varias docenas de micro-newtons de empuje en su prototipo de EmDrive. (Por el bien de la comparación, un solo motor SpaceX Merlin produce alrededor de 845.000 Newtons de empuje a nivel del mar).  El problema de Harold y White, sin embargo, fue que su arreglo experimental  permitió varias fuentes de interferencia, de tal modo que ellos no pueden decir con seguridad si lo que observaron fue o no empuje.

Tajmar y el grupo de Dresden usaron una cercana réplica del prototipo de EmDrive usado por Harold y White en sus ensayos en la NASA. Consiste en un cono con su parte superior recortada, que es de apenas 30 centímetros de largo.  Este diseño puede rastrearse hasta el ingeniero Roger Shawyer, quien inicialmente describió el EmDrive en 2001. Durante pruebas, el cono de EmDrive es colocado en una cámara de vacío.  Fuera de la cámara, un aparato genera una señal de microondas que es transmitida, usando cables coaxiales, a antenas dentro del cono.

Esta no es la primera vez que el equipo e Dresden ha buscado medir las casi imperceptibles cantidades de fuerza. Ellos construyeron similares aparatos para su trabajo con impulsores de iones, qu se utilizan para ubicar con precisión a satélites en el espacio. Estos impulsores de micro-newton son el tipo que se utilizaron para la misión LISA Pathfinder, que necesita una capacidad de posicionamiento preciso para detectar fenómenos débiles como las ondas gravitacionales.  Pero el estudio del EmDrive y sistemas similares de propulsión, dice Tajmar, requieren una resolución nano-newtoniana.

Su enfoque fue usar un balance de torsión, un balance tipo péndulo que mide la cantidad de torque aplicada al eje de un péndulo. Una versión menos sensible de este balance fue utilizada por el equipo de la NASA cuando pensaron que su EmDrive producía empuje. Para calcular con precisión la pequeña cantidad de fuerza, el equipo de Dresden usó un interferómetro láser para medir el desplazamiento físico de las escalas de equilibrio producidas por el EmDrive.  Según Tajmar, su escala de torsión tenía una resolución en nano-newton  y soporta impulsos que pesan varias libras, haciéndole el más sensible balance de empuje en existencia.

Pero un balance verdaderamente sensible de empuje no es de mucho uso a menos que uno pueda determinar si la fuerza detectada es en realidad empuje y no un artefacto de interferencia exterior. Y hay muchas explicaciones alternativas para las observaciones de Harold y White. Para determinar si un EmDrive verdaderamente produce empuje, los investigadores deben ser capaces de aislar el aparato de la interferencia causada por los polos magnéticos de la Tierra, vibraciones sísmicas del ambiente, y la expansión térmica del EmDrive debido al calentamiento de las microondas.

Modificaciones para diseñar el balance de torsión –para controlar mejor la provisión de poder del EmDrive y aislarlo de campos magnéticos- llevaron a cuidar algunos temas de interferencia, dice Tajmar. Un problema más difícil fue cómo encarar la “deriva térmica”.  Cuando el poder fluye al EmDrive, el cono de cobre se calienta y expande, lo cual cambia el centro de gravedad lo suficiente para causar el balance de torsión y registrar la fuerza que puede ser erróneamente tomada como impulso. Tajmar y su equipo tienen la esperanza que cambiando  la orientación del impulsor  ayude a encarar ese tema.

A lo largo de 55 experimentos, Tajmar y sus colegas registraron un promedio de 3,4 micro-newtons de fuerza procedente del EmDrive, lo cual fue muy similar a lo que encontró el equipo de la NASA. ¡Qué pena!, esas fuerzas no parecen superar la prueba de deriva térmica. Si ellos detectan una fuerza procedente de un EmDrive en esos balances, existe una alta probabilidad de que sea realmente impulso. Pero si no se registra ninguna fuerza en esos balances, es posible que signifique que todas las observaciones de empuje del EmDrive fueron falsos positivos. Tajmar dice  que espera tener un veredicto final hacia fines de año.

Pero aún un resultado negativo de ese trabajo no debe aniquilar el EmDrive para bien. Hay muchos otros diseños de propulsión sin propelentes. Y si los científicos alguna vez desarrollan nuevas formas de débil propulsión, los hipersensibles balances de impulso desarrollados por Tajmar y el equipo de Dresden casi seguramente  desempeñarán un papel en separar un hecho científico de ficción científica.