Los motores “hyperdrive” de Star Wars

Dibujo20130208 hyperdrive motor - star wars

En la Enciclopedia de Star Wars se dice que los motores “hyperdrive” están alimentados por generadores de fusión. La fusión libera una pequeña cantidad (menos del 1%) de la energía confinada en el hidrógeno según la fórmula E=mc², que puede impulsar los núcleos de helio resultantes en la parte trasera de la nave espacial a velocidades muy altas. La fusión de un gramo de combustible de hidrógeno puede proporcionar tanta energía como 20 mil litros de gasolina. Sin embargo, la ecuación del cohete de Tsiolkovski nos dice que para acelerar la nave a la velocidad de los gases de escape se necesitan 1,7 veces la masa de la nave en combustible; con esta cantidad un cohete químico sólo puede alcanzar 0,000015 veces la velocidad de la luz (c), mientras que uno de fusión podría llegar a 0,05 c. Si se quisiera acelerar la nave a dos veces la velocidad de los gases de escape se necesitaría 6,4 veces la masa de la nave en combustible y utilizando fusión sólo se alcanzaría una velocidad de 0,1 c. Para alcanzar una velocidad de 0,2 c se necesitarían 57 veces la masa de la nave en combustible. Acercamos aún más a la velocidad de la luz se hace inviable usando un motor “hyperdrive” de fusión. Los interesados en más detalles técnicos disfrutarán con Robert H. Frisbee (JPL, CalTech), “Advanced Space Propulsion for the 21st Century,” Journal of Propulsion and Power 19: 1129-1154, 2003 [pdf gratis].

Hay un problema adicional con el combustible para los motores hyperdrive del Halcón Milenario: para frenar se necesita gastar la misma cantidad de combustible que para acelerar.

¿Podríamos obtener todo el hidrógeno que necesitamos como combustible del propio espacio interestelar? Esta idea del Dr. Robert Bussard (1960) tiene como problema principal que la densidad de hidrógeno en el espacio es muy baja, en promedio un átomo de hidrógeno por centímetro cúbico (2,7 × 10-24 g/cm3). Una gran vela para recoger hidrógeno tendría un peso enorme y además el hidrógeno que se recoja ofrecerá resistencia a la nave. Como es obvio, el método no es nada práctico.

La solución que casi todo el mundo propone es utilizar un motor que aniquile materia y antimateria. A diferencia de la fusión, en la que sólo el 1% de la masa se convierte en energía, en este tipo de motor se podría lograr alcanzar el 100% produciendo un intenso chorro de luz (radiación de alta energía) que acelere la nave hasta cerca de la velocidad de la luz. Para acelerar la nave a 0,99 c, se necesitaría muy poco combustible, sólo trece veces la masa de la nave. Quizás este tipo de motor es la forma más eficaz para lograr altas velocidades.

Pero hay un gran problema: fabricar antimateria es muy costoso (en energía y tiempo). Con las técnicas actuales se estima que fabricar un miligramo de antimateria podría requerir unos 200.000 años. ¿Podría existir un método más rápido y más eficaz en el universo de Star Wars? Quizás la imaginación de George Lucas haya sido capaz de lograrlo.

Coda final: Esta entrada era mi borrador para participar en el XXXIX Carnaval de Física. Hoy la rescato y se la dedico a “El Tercer Precog” (@Pr3cog). Por cierto, un blog imprescindible para todos los aficionados al uso de la ciencia ficción para la educación de futuros físicos, ingenieros y demás aspirantes a cuestionarse todo lo que les rodea.

Ya que estamos puestos, recomiendo también consultar Jorge A. Shitu y Omar G. Benvenuto, “El uso del cine de ciencia ficción para el planteo de problemas abiertos y como investigación,” Revista de Enseñanza de la Física 25: 89-108, 2012 [pdf gratis].

Anuncios

26 pensamientos en “Los motores “hyperdrive” de Star Wars

  1. La verdad es que con ese apellido (Frisbee) no tenía más remedio que dedicarse a los objetos voladores y trabajar en el JPL…

  2. The starship goes faster than light. It must use some sort of negative energy.

  3. Que interesante es la Ciencia y la Ingenieria, si mas personas amaran estos conocimientos, ya se habria acabado con el cancer

  4. Imposible acelerar cualquier nave a la velocidad de escape de los gases, si a la mitad es imposible ,máximo rendimiento ,son velocidades relativas.

    • Creo que se sobreentiende que cuando hablan de la velocidad de la nave se habla de su velocidad respecto al punto de partida.
      Pongamos, por ejemplo, la Tierra. Si tienes una masa m y te alejas de la Tierra a una velocidad v, y te tiras un pedo que pesa m1 y acaba a velocidad v1 respecto a la Tierra, tu velocidad resultante será v2 respecto a la Tierra siguiendo la ecuación de la conservación de cantidad de movimiento:
      mv = m1v1 + m2v2
      Donde m2 es tu masa menos la del pedo.
      Cuando se habla de velocidad de escape de los gases, también creo que se sobreentiende que se habla de su velocidad respecto a la nave. Aunque para ser correctos se usará un valor de una tabla tomada en las pruebas, con el emisor de los gases anclado al suelo, etc.
      Porque mejor no nos metamos en quién mide qué velocidad, sobre todo si el pedo va a velocidades cercanas a la luz…

      Un cordial saludo.

      PD: Cuidado con los sistemas de referencia, y con el peso de los pedos.
      :P

  5. Como me arrepiento de haber hecho econmicas y no ingeniera..(aunque quien sabe, an estoy a tiempo para hacer una segunda carrera…)

    Una pregunta absurda. Si la tierra atrae (por gravedad) a la materia… repelera a la anti-materia ?. Con esta pregunta termino de evidenciar que tan solo soy un proto-economista.

    Un saludo y gracias por tu blog. Desde que lo conozco, aunque muchas (muchsimas) cosas se me escapan, el resto de las otras me parecen fascinantes y comprensibles,

    ests haciendo una gran labor ..

    • Jorge, todos los experimentos realizados hasta ahora que han medido de forma directa e indirecta cómo afecta la gravedad a la antimateria indican que no hay ninguna diferencia con respecto a la materia. En ambos casos se trata de una fuerza atractiva. Sin embargo, estos experimentos son difíciles de ejecutar y la certeza estadística aún no es muy grande. Una noticia reciente ha sido “La antimateria también se ve afectada por la gravedad.”

      • Una prueba mas de que la gravedad es la curvatura del espacio tiempo?

  6. Y si no usas las reglas de tu universo o mismamente cambiando ligeramente las constantes de la materia a nivel local.

  7. Hay otras propuestas como Mars One que son, francamente…
    De paso, salió una nota en menéame titulada “La Mula y la tomadura de pelo” que no leí porque no creo que Francis haga esas cosas, aunque alguna de sus notas como la del agua que queda girando al retirar el vaso producen ciertas sospechas.

    • Carlos, “La Mula” es una película de cine estrenada en el Festival de Cine de Málaga. “La tomadura de pelo” es que la calidad de esta producción española es pésima (según dicen) “Habían estrenado una peli montada con grabaciones chungas del rodaje.” No tiene nada que ver con este blog… que por supuesto tiene muchos críticos y muchas críticas por doquier.

      • Por supuesto, Francis, soy un fan argentino de emulenews.
        –Pero no me olvido del agua que gira en el aire….JA!
        Felicitaciones y mucha suerte.
        -Carlos

  8. Francis, me sorprende tu nota, desconocía que tu blog recibiese críticas por doquier. Yo me uno a los que elogian tu labor, no es fácil tocar tantos temas y tampoco lo es lidiar con los comentaristas ;-)

    Saludos

  9. El hyperdrive de la ciencia-ficción NO puede funcionar. Está basado en ideas físicas altamente cuestionables. El único que se salva “clásicamente” es el wormhole o también el Alcubierre warp-drive, pero hasta donde sabemos son inestables cuando se mete la mecánica cuántica.

    En el estado actual de conocimientos, no se puede usar un motor de antimateria para superar la barrera de la luz. De hecho, no es el “hiperespacio” (al menos, tal como la ciencia-ficción lo ha vendido generalmente) sino el que es realmente “hipertiempo” (dimensiones adicionales de tipo temporal) o dimensiones adicionales tipo “fermiónicas” (como las que hay en ciertas extensiones de la relatividad especial), las que permitirían superar la velocidad de la luz y, adicionalmente, seguir manteniendo alguna “velocidad invariante”. Hasta ahora, el cumplimiento de la relatividad especial por la Naturaleza es tan estrecho, que el viaje superluminal presenta retos para la Física actual (que lo considera imposible principalmente por causalidad o inestabilidad del vacío).

    Mi esperanza actual para superar estos problemas es trascender la Mecánica Cuántica, Relatividad General y el Modelo Estándar por algo que se reduzca a ellos, a pesar de que no hay muchos indicios de cómo hacerlo de forma sensata.

    Más, aquí, en el ensayo y explicaciones en el post centenario de mi blog:

    http://thespectrumofriemannium.wordpress.com/2013/05/06/log100-crystalline-relativity/

    • Por cuestionables no me refiero a la fusión, si no al hecho de que podamos usar Física conocida para burlar la Relatividad Especial y el límite de velocidad invariante de la misma. Sólo con una teoría que vaya más allá y que arroje luz sobre la misma Naturaleza cuántica del espacio y el tiempo podremos entender y posible realizar viajes interestelares o intergalácticos…Las teorías actuales, a no ser que uses un motor de agujeros negros, no parecen contener métodos efectivos de propulsión suficientemente energéticos.

  10. Robert H. Frisbee… Jet Propulsion Laboratory … Pasadena… todo me indica que es la persona en la que se basa el personaje de Howard J. Wolowitz

  11. En cuestión de motores y otros cacharros ¿no es mejor fiarse de los ingenieros? Quiero decir que los “manitas” que diseñan los bólidos de la F1 no están pendientes de la relatividad o la cuántica, y lo mismo ocurre con las motos de competición. El salto del austriaco Felix Baumgartner, que cayó en picado desde 39 kilómetros de altura a la velocidad de 1.130 km/h, superó con creces la velocidad punta de, pongamos por caso, el Ferrari de Alonso. Si un cuerpo humano (eso sí, bien entrenado) es capaz de semejante proeza, ¿por qué no estudiar la creación de motores veloces con métodos clásicos pero novedosos?

    • Los ingenieros de la F1 o del experimento de salto suborbital no necesitan de físicos experimentales porque el área de la física donde se mueven (nunca mejor dicho) no se acerca a ninguno de los límites de la física newtoniana más básica. De ahí que puedan experimentar y crear sistemas que superen a los anteriores de manera “sencilla”.

      Otro tema muy diferente es hablar de mover un objeto a una velocidad cercana a la de la luz. Ahí estamos hablando de distorsiones de espacio-tiempo, tensiones estructurales difíciles de prever, efectos peligrosos sobre seres vivos, fórmulas de propulsión que tienden a infinito y un largo etc.

      Cuando la humanidad haya dominado la física necesaria para moverse a velocidades hiperlumínicas, probablemente podamos acudir al taller del barrio para que nuestro amigo Paco nos mire a ver qué le pasa al turbo de tu Halcón Milenario, que hace un ruido extraño al pasar de 5 veces la velocidad de la luz.

      Un abrazo, gran blog!

  12. Las naves de Star Wars y Star Trek no tienen un tipo de motor sino dos. Uno para velocidades sub-luz (impulsión) y otro para velocidades mayores a la luz (hyper drive o warp drive). En ambos “universos”, el motor de sub-luz es el que funciona mediante la expulsión de iones o masa, de manera similar a otros que ya son funcionales o al prototipo que se está estudiando para el viaje a Marte. En las dos sagas, la mayor velocidad que se puede alcanzar con ese motor es un cuarto de la velocidad de la luz en el mejor de los casos.

    Para viajar a velocidades más altas que la luz recurren a explicaciones más esotéricas como plegar el espacio alrededor suya usando los motores hyper drive o warp drive. Así que de manera constructiva, tengo que decir que el artículo está mal planteado al tratar de explicar como viajar a velocidades lumínicas con un sistema que no se emplea para eso :). Cualquier estudiante de primero de mecánica en el imperio lo sabría… Larga y próspera vida.

  13. A mi no me agradan este tipo de entradas sin “conclusión” porque al final no me aclara por que tipo de motor optar, al final me quedo en gasoil y ya está.

  14. “De ahí que puedan experimentar y crear sistemas que superen a los anteriores de manera “sencilla”.

    A eso voy, para construir motores veloces (no necesariamente cuasi-lumínicos ni lumínicos ni hiper-lumínicos) nos vale con la mecánica clásica (o al menos eso pienso).

    “Ahí estamos hablando de distorsiones de espacio-tiempo, tensiones estructurales difíciles de prever, efectos peligrosos sobre seres vivos, fórmulas de propulsión que tienden a infinito y un largo etc”.

    Estamos de acuerdo. La cuestión de los materiales es crucial, a velocidades altas hay que tener cuidado con las tensiones que sufre el material.

    “Para viajar a velocidades más altas que la luz recurren a explicaciones más esotéricas como plegar el espacio alrededor suya usando los motores hyper drive o warp drive”.

    Lo de plegar el espacio me llama la atención, tal vez hay zonas del espacio que están plegadas, de modo que llegar de un punto A a otro B no depende sólo de la velocidad del vehículo sino del plegamiento del espacio que acorta la distancia a recorrer.

  15. Es admirable la velocidad punta que alcanzó Felix Baumgartner que superó la velocidad de crucero de un reactor comercial, que oscila entre los 700 y los 900 km/h. Eso sí, el buen hombre casi se desmaya y tocó tierra completamente agotado, pero su logro es magnífico. Baumgartner nació en 1969, tiene ahora 44 años, una edad en la que conviene pensar dos veces hacer según qué cosas. Icaro no tuvo tanta suerte cuando pretendió alcanzar el paraíso por elevación, aunque el vuelo del austriaco tenía un objetivo más modesto: regresar al suelo acoplándose a la fuerza de la gravedad, y hacerlo sin partirse la crisma.

  16. En ningún momento en las películas se menciona como funciona el motor de las naves. Solo se puede deducir que hay dos modos de propulsión:
    A velocidades sub-luz, donde todo lo que has explicado es rigurosamente cierto, a excepción que no es el motor “hiperdrive” si no el motor sub-luz de la nave.
    Y luego a velocidades más rápidas que la luz (FTL), que es el famoso “hiperdrive”, donde todo lo que has mencionado no tiene ningún sentido.

    Por favor, no mezclemos los churros con las meninas.

  17. Cosmonauta84 se pregunta si la gravedad es la curvatura del espacio tiempo. Einstein demostró que así es, según la teoría de la relatividad general cualquier rayo de luz tiene que experimentar en el seno de un campo gravitacional una curvatura que es análoga a la que experimenta la trayectoria de un cuerpo al lanzarlo a través de ese campo. Según Einstein, la mitad de esa desviación es producto del campo de atracción newtoniano del sol, y la otra mitad es producto de la modificación geométrica (curvatura) del espacio provocada por el sol.

    Esto es importante al considerar la trayectoria de los neutrinos, que no accionan con el campo electromagnético, pero tienen que hacerlo con el campo gravitatorio solar y terrestre, o al menos una fracción de ellos, de modo que ahora sabemos que trazan una geodésica y algunos (muy pocos) se detectan. Ahora bien, postular la curvatura universal de la materia por la acción de la gravedad nos conduce a considerar, como hipótesis plausible, la existencia de uno o varios atractores cuya función es hacer que la materia y la radiación universales giren en torno a un eje.

    Sin embargo, el alejamiento de las galaxias remotas respecto de la nuestra apunta a un progresivo deshilado del cosmos y a la muerte térmica del mismo. Con la mecánica relativista no podemos distinguir adecuadamente entre masa y energía, la desaparición de un objeto material implica su transformación en energía, pero si un sol desaparece, con él lo harán sus planetas y satélites, y por tanto desaparece el campo gravitatorio. Existirán como energía, pero se difuminan como materia. Esto último no tiene que ver con la pregunta de Cosmonauta, pero me pareció pertinente mencionarlo.

  18. Hola Francis,
    Te quería agradecer tu recomendación para que lean el artículo que publicamos con Omar Benvenuto en la Revista de Enseñanza de la Física.
    Por cierto, excelente el blog.
    Un cordial saludo,
    Jorge Shitu

Los comentarios están cerrados.