La NASA estudia fórmulas para hacer realidad el teletransporte
04/11/2011 - 11:48
Los rayos tractores -la capacidad de atrapar y mover objetos con luz láser - son, hoy por hoy, una tecnología de ciencia ficción, pero un equipo de científicos de la NASA ha obtenido fondos para estudiar fórmulas para la captura remota de partículas planetarias o atmosféricas con el propósito de enviarlas a un vehículo robótico o a naves espaciales en órbita y poder someterlas a análisis.
La Oficina del Jefe de Tecnología (OCT) de la NASA ha otorgado el investigador principal Paul Stysley y los miembros del equipo Demetrios Poulios y Coyle Barry en el Centro Goddard de Vuelos Espaciales en Greenbelt, la suma de 100.000 dólares para el estudio de tres métodos experimentales para capturar partículas y transportarlas a través de un instrumento de luz láser, de modo similar a un vacío mediante succión que recoge y transporta tierra a un recipiente o bolsa. Una vez transportado, otro instrumento caracterizaría su composición.
"Aunque se trata de un pilar de la ciencia ficción, en particular de la saga Star Trek, la captura mediante tecnología láser no es algo que quedé más allá del actual conocimiento tecnológico", dijo Stysley. El equipo ha identificado tres enfoques diferentes para el transporte con el poder de la luz de partículas, así como de moléculas individuales, virus, ácido ribonucleico, y células en pleno funcionamiento.
"La idea original era que podíamos utilizar rayos tractores para la limpieza de los desechos espaciales", dijo Stysley. "Pero tirar de algo tan enorme sería casi imposible".
Con los primeros fondos recibidos, el equipo estudiará el estado de la tecnología para determinar cuál de las tres técnicas se adaptaría mejor a la recogida de muestras.
Actualmente, la NASA utiliza una variedad de técnicas para recoger muestras extraterrestres. Con Stardust, una sonda espacial lanzada en 1999, usó un aerogel mientras volaba a través de la cola del cometa Wild 2. Una cápsula trasladó las muestras en 2006. El próximo rover marciano, Curiosity, perforará y sacará muestras de la superficie marciana y luego llevará a cabo análisis detallados de los materiales con los muchos instrumentos a bordo del rover.
"Estas técnicas han demostrado ser un gran éxito, pero están limitadas por los altos costos y el alcance limitado y de frecuencia de muestreo", dijo Stysley. "Un sistema óptico de captura, por el contrario, podría apoderarse de las moléculas que desee en la atmósfera superior desde una nave espacial en órbita o atraparlos del suelo o la atmósfera inferior desde un módulo de aterrizaje, lo que aumentaría los objetivos científicos y reduciría el riesgo de la misión".
TRES ENFOQUES
Un enfoque experimental que el equipo planea estudiar - el vórtice óptico o "pinzas ópticas"- implica el uso de dos haces de luz en contrapropagación. La geometría en forma de anillo resultante confina las partículas en el núcleo oscuro creado por la superposición de los rayos.
Mediante el fortalecimiento o el debilitamiento alternativo de la intensidad de uno de los haces de luz - en el efecto de calentamiento del aire alrededor de la partícula atrapada - los investigadores han demostrado en pruebas de laboratorio que se puede mover la partícula a lo largo del centro del anillo. Esta técnica, sin embargo, requiere la presencia de una atmósfera.
Otra técnica emplea rayos ópticos solenoides: aquellos cuya picos de intensidad giran en espiral alrededor del eje de propagación. Las pruebas han demostrado que el método puede atrapar y ejercer una fuerza que impulsa a las partículas en la dirección opuesta de la fuente de luz de cruce. En otras palabras, las partículas se nueven a lo largo de todo el haz de luz.
A diferencia del método de vórtice óptico, esta técnica se basa únicamente en los efectos electromagnéticos y podría operar en el vacío del espacio, lo que es ideal para el estudio de la composición de los materiales en una de las lunas sin atmósfera, por ejemplo.
La tercera técnica existe sólo en el papel y nunca ha sido demostrada en el laboratorio. Esto implica el uso de un haz de Bessel. Los rayos láser normales, cuando brillan contra una pared, aparecen como un pequeño punto. Con haces de Bessel, sin embargo, los anillos de luz rodean el punto central. En otras palabras, cuando se ve de frente, el haz de Bessel se parece a las ondas que rodean una piedra que cae en un estanque. Según la teoría, el rayo láser podría inducir campos eléctricos y magnéticos en la trayectoria de un objeto. El aerosol de la luz dispersada hacia adelante por estos campos podría tirar del objeto hacia atrás, contra el movimiento del propio haz.
"Aunque se trata de un pilar de la ciencia ficción, en particular de la saga Star Trek, la captura mediante tecnología láser no es algo que quedé más allá del actual conocimiento tecnológico", dijo Stysley. El equipo ha identificado tres enfoques diferentes para el transporte con el poder de la luz de partículas, así como de moléculas individuales, virus, ácido ribonucleico, y células en pleno funcionamiento.
"La idea original era que podíamos utilizar rayos tractores para la limpieza de los desechos espaciales", dijo Stysley. "Pero tirar de algo tan enorme sería casi imposible".
Con los primeros fondos recibidos, el equipo estudiará el estado de la tecnología para determinar cuál de las tres técnicas se adaptaría mejor a la recogida de muestras.
Actualmente, la NASA utiliza una variedad de técnicas para recoger muestras extraterrestres. Con Stardust, una sonda espacial lanzada en 1999, usó un aerogel mientras volaba a través de la cola del cometa Wild 2. Una cápsula trasladó las muestras en 2006. El próximo rover marciano, Curiosity, perforará y sacará muestras de la superficie marciana y luego llevará a cabo análisis detallados de los materiales con los muchos instrumentos a bordo del rover.
"Estas técnicas han demostrado ser un gran éxito, pero están limitadas por los altos costos y el alcance limitado y de frecuencia de muestreo", dijo Stysley. "Un sistema óptico de captura, por el contrario, podría apoderarse de las moléculas que desee en la atmósfera superior desde una nave espacial en órbita o atraparlos del suelo o la atmósfera inferior desde un módulo de aterrizaje, lo que aumentaría los objetivos científicos y reduciría el riesgo de la misión".
TRES ENFOQUES
Un enfoque experimental que el equipo planea estudiar - el vórtice óptico o "pinzas ópticas"- implica el uso de dos haces de luz en contrapropagación. La geometría en forma de anillo resultante confina las partículas en el núcleo oscuro creado por la superposición de los rayos.
Mediante el fortalecimiento o el debilitamiento alternativo de la intensidad de uno de los haces de luz - en el efecto de calentamiento del aire alrededor de la partícula atrapada - los investigadores han demostrado en pruebas de laboratorio que se puede mover la partícula a lo largo del centro del anillo. Esta técnica, sin embargo, requiere la presencia de una atmósfera.
Otra técnica emplea rayos ópticos solenoides: aquellos cuya picos de intensidad giran en espiral alrededor del eje de propagación. Las pruebas han demostrado que el método puede atrapar y ejercer una fuerza que impulsa a las partículas en la dirección opuesta de la fuente de luz de cruce. En otras palabras, las partículas se nueven a lo largo de todo el haz de luz.
A diferencia del método de vórtice óptico, esta técnica se basa únicamente en los efectos electromagnéticos y podría operar en el vacío del espacio, lo que es ideal para el estudio de la composición de los materiales en una de las lunas sin atmósfera, por ejemplo.
La tercera técnica existe sólo en el papel y nunca ha sido demostrada en el laboratorio. Esto implica el uso de un haz de Bessel. Los rayos láser normales, cuando brillan contra una pared, aparecen como un pequeño punto. Con haces de Bessel, sin embargo, los anillos de luz rodean el punto central. En otras palabras, cuando se ve de frente, el haz de Bessel se parece a las ondas que rodean una piedra que cae en un estanque. Según la teoría, el rayo láser podría inducir campos eléctricos y magnéticos en la trayectoria de un objeto. El aerosol de la luz dispersada hacia adelante por estos campos podría tirar del objeto hacia atrás, contra el movimiento del propio haz.
