EmDrive (Electromagnetic Drive), ¿Un Nuevo Tipo de Propulsor?

La NASA ha admitido la existencia y funcionamiento de un nuevo tipo de propulsor desarrollado durante la última década por el científico británico Roger Shawyer, calificado hasta ahora de “imposible”.

 Este propulsor, llamado EmDrive (Electromagnetic Drive), es capaz de generar impulso sin necesidad de material propulsor. 

¿Qué es el motor EmDrive? La historia se remonta a 2001, cuando el británico Roger Shawyer presentó en sociedad un prototipo del sistema. El principio es aparentemente muy simple: el motor genera un empuje gracias al rebote de microondas dentro de un cono metálico. En realidad tan simple como increíble. Estamos ante un dispositivo que viola la conservación del movimiento lineal.

La cantidad de movimiento, momento lineal, ímpetu, o momentum, es una magnitud física fundamental de tipo vectorial que describe el movimiento de un cuerpo en cualquier teoría mecánica. En mecánica clásica, la cantidad de movimiento se define como el producto de la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determinado. Históricamente, el concepto se remonta a Galileo Galilei. En su obra Discursos y demostraciones matemáticas en torno a dos nuevas ciencias, usa el término italiano impeto, mientras que Isaac Newton, en Principia Mathematica, usa el término latino motus (movimiento) y vis motrix (fuerza motriz). La definición concreta de cantidad de movimiento difiere de una formulación mecánica a otra. En mecánica newtoniana se define para una partícula simplemente como el producto de su masa por la velocidad. En la mecánica de Lagrange o Hamilton se admiten formas más complicadas en sistemas de coordenadas no cartesianas. En la teoría de la relatividad la definición es más compleja aun cuando se usan sistemas inerciales. En mecánica cuántica su definición requiere el uso de operadores auto-adjuntos definidos sobre un espacio vectorial de dimensión infinita. 

 En la mecánica newtoniana, la forma más usual de introducir la cantidad de movimiento es como el producto de la masa (kg) de un cuerpo material por su velocidad (m/s), para luego analizar su relación con las leyes de Newton. No obstante, tras el desarrollo de la física moderna, esta manera de operar no resultó ser la más conveniente para abordar esta magnitud fundamental.

El defecto principal es que esta definición newtoniana esconde el concepto inherente a la magnitud, que resulta ser una propiedad de cualquier ente físico, con o sin masa, necesaria para describir las interacciones. La cantidad de movimiento obedece a una ley de conservación, lo cual significa que la cantidad de movimiento total de todo sistema cerrado, que no es afectado por fuerzas exteriores y cuyas fuerzas internas no son disipadoras, no puede ser cambiada y permanece constante en el tiempo. En el enfoque geométrico de la mecánica relativista la definición es algo diferente. Además, el concepto de momento lineal puede definirse para entidades físicas como los fotones o los campos electromagnéticos, que carecen de masa en reposo. 

Como acostumbra a suceder ante cada novedad revolucionaria, el EmDrive de Shawyer fue objeto de todo tipo de burlas, hasta que en 2010 el científico chino Juan Yang afirmó haber repetido con éxito los experimentos con un dispositivo parecido. Según Yang, en 2012 llegó a obtener un empuje de 720 milinewtons al emitir microondas con una potencia de 2,5 kW. Un empuje minúsculo con un motor sin combustible. Realmente el sueño de cualquier agencia espacial. Las dudas de la comunidad científica no se disiparon, pero los titulares sí que se dispararon. Lógico, porque un sistema de propulsión de este tipo permitiría conquistar el sistema solar y viajar a las estrellas sin mayores problemas.

Pero la locura del EmDrive se desató oficialmente en agosto de 2014 cuando Harold White, un empleado de la NASA, volvió a publicar resultados favorables hacia el motor EmDrive. ¿Podría ser que los físicos estuviesen equivocados con respecto a la ley de conservación? White y los defensores del EmDrive apelaron a la misteriosa energía del vacío cuántico para dar cuenta del supuesto empuje del ingenio, lo que desató una respuesta aún más airada por parte de los físicos. Con la conservación del momento lineal no se juega. White respondió que no es el vacío cuántico propiamente dicho, sino el plasma virtual del vacío cuántico. Lo cual estaría bien si algún físico supiese qué es eso. Los ingenieros y físicos que se dignaron a responder a White razonaron que las lecturas de empuje de los experimentos del EmDrive se debían simplemente a efectos de la convección del aire al calentarse alrededor del motor. Como respuesta, los investigadores de los laboratorios Eagleworks, que forman parte del Centro Johnson de la NASA, han probado recientemente el EmDrive en condiciones de vacío y sigue funcionando. Y ahora sí que se ha desatado la locura científica. Según White, su motor ha generado un empuje de 0,00061183 kgf aplicando 10 kW de potencia, mucho menos de lo esperado según la teoría de Shawyer, pero un empuje apreciable al fin y al cabo. 

El kilopondio o kilogramo-fuerza es la unidad de fuerza en el Sistema Técnico de Unidades. Es una de las tres unidades fundamentales de este sistema; las otras dos son el metro (longitud) y el segundo (tiempo). Un kilopondio o kilogramo-fuerza, es la fuerza ejercida sobre una masa de 1 kg masa (según se define en el SI) por la gravedad estándar en la superficie terrestre, esto es 9,80665 m/s2. 1 kp (kilopondio) = 1 kgf = 1 kg × 9,80665 m/s² = 9,80665 kg m/s2 = 9,80665 Newtons. 

 White y su equipo declararon que el EmDrive funciona gracias a la creación de burbujas de espacio-tiempo distorsionado y lo relacionan directamente con el sistema de propulsión hiperlumínico de Alcubierre. Y es en este punto donde los físicos no saben si reír o llorar.

El empuje warp, empuje por curvatura, impulso de deformación o impulso de distorsión, es una forma teórica de propulsión superlumínica. Este empuje permitiría propulsar una nave espacial a una velocidad equivalente a varios múltiplos de la velocidad de la luz, mientras se evitan los problemas asociados con la dilatación relativista del tiempo. Este tipo de propulsión se basa en curvar o distorsionar el espacio-tiempo, de tal manera que permita a la nave «acercarse» al punto de destino.

 El empuje por curvatura no permite, ni es capaz de generar, un viaje instantáneo entre dos puntos a una velocidad infinita, tal y como ha sido sugerido en algunas obras de ciencia ficción, en las que se emplean tecnologías imaginarias como el hipermotor o el motor de salto. Una diferencia entre la propulsión a curvatura y el uso del hiperespacio es que en la propulsión a curvatura, la nave no entra en un universo (o dimensión) diferente. Simplemente se crea alrededor de la nave una pequeña «burbuja» (burbuja warp) en el espacio-tiempo, y se generan distorsiones del espacio-tiempo para que la burbuja se «aleje» del punto de origen y se «aproxime» a su destino. Las distorsiones generadas serían de expansión detrás de la burbuja, alejándola del origen, y de contracción delante de la burbuja, acercándola al destino.

 La burbuja warp se situaría en una de las distorsiones del espacio-tiempo, sobre la cual cabalgaría de manera análoga a como los surfistas lo hacen sobre una ola de mar. El empleo de la curvatura espacial como medio de trasporte es un concepto que ha sido objeto de tratamiento teórico por algunos físicos, como Miguel Alcubierre, con su métrica de Alcubierre, y Chris Van Den Broeck. El empuje warp o warp drive es famoso por ser el método de desplazamiento empleado en el universo ficticio en las películas de Star Trek. Pero afirmaciones extraordinarias requieren evidencias extraordinarias.

Y el experimento de White dista mucho de ser una evidencia extraordinaria, al menos por el momento. Si queremos tirar por la ventana casi todas las leyes de la física más elementales, necesitamos experimentos mucho más rigurosos, cuyos resultados sean publicados en revistas de impacto. Y es que, según la comunidad internacional de físicos, los resultados de White no describen con precisión qué parte del experimento ha transcurrido en el vacío o la calidad de dicho vacío. Lo más llamativo es que en los propios artículos de White se dice que el motor funciona igual de bien tanto en configuración correcta, como motor, como en una configuración incorrecta. Asimismo los resultados no son escalables, esto es, a mayor potencia no se obtiene un mayor empuje, que probablemente es la mayor crítica que se le puede hacer a este motor. Y, para rematar, los empujes obtenidos están casi en el límite de detección por parte de los instrumentos de medida. Pero sería magnífico que el EmDrive funcionase de verdad.

 Pero, a día de hoy, el EmDrive sigue siendo física-ficción. Ahora bien, si algún día se comprueba que funciona, la revolución será astronómica. El creador del EmDrive, Roger Shawyer, se ha enfrentado a críticas desde que lo presentó en el 2006. Aseguraba que su invención era capaz de crear impulso sin necesidad de propulsores de combustión tradicionales. En lugar de ello, el EmDrive genera electricidad moviendo microondas dentro de un tanque que, a su vez, es capaz de generar el impulso para, según Shawyer, levantar un cohete o una nave espacial. Pero inicialmente nadie le hizo mucho caso. No obstante, un grupo de científicos chinos decidió probar la tecnología en el 2008 y llegaron a confirmar que funcionaba.

En sus pruebas, el EmDrive fue capaz de generar 720 milinewtons de impulso (o 72 gramos). No parece mucho, pero era un paso increíble porque abría la puerta a un tipo completamente diferente de propulsión, que ofrecía la posibilidad de producir cohetes a un coste mucho menor, con menor peso y cientos de veces más rápido que los actuales. Los estudios de los investigadores chinos se enfrentaron a la crítica internacional, que aseguraba que algo como el EmDrive era imposible por no cumplir la ley de conservación del movimiento. Más tarde, el científico estadounidense Guido Fetta construyó su propia versión del EmDrive y convenció a la NASA para probarlo. 

La agencia ha publicado ahora un informe con las conclusiones en que, efectivamente, reconoce que funciona. Cinco investigadores de la NASA crearon una réplica del propulsor y, tras varios días de pruebas, obtuvieron un resultado positivo. El sistema es capaz de crear entre 30-50 micronewtons, mucho menos que lo que habían conseguido los investigadores chinos, pero aún así es positivo. En el informe, la NASA señala: “Los resultados de la prueba indican que la cavidad resonante RF, que es única como equipo de propulsión, produce una fuerza que no es atribuible a ningún fenómeno clásico electromagnético”. 

Lo que no ha hecho la NASA aún es explicar cómo funciona el invento y por qué ha conseguido esos resultados, solo los reporta. Lo cual deja en el aire el misterio de si un sistema de este tipo podría efectivamente funcionar algún día como un nuevo método de propulsión a gran escala. De todas formas, el solo hecho de que funcione, suponiendo que ninguno de los científicos, ni los chinos ni la NASA haya cometido un error, ya es espectacular. 

De momento, la energía generada en las pruebas de los investigadores chinos sería suficiente para impulsar un satélite en órbita, aunque no para vencer la gravedad de lanzarlo al espacio desde la Tierra. Nuevas pruebas tendrán que decidir si estamos de verdad ante un avance o ante un error de laboratorio, así como si debemos reescribir alguna ley de la física. Tal vez algo como el EmDrive servirá para llevarnos a lugares del Universo a los que ahora mismo no podemos llegar.

 El científico de la NASA Harold White ofrece la siguiente hipótesis aún no demostrada: “El impulso del propulsor EM Drive podría deberse al vacío cuántico, un concepto de la teoría cuántica de campos que se refiere al estado cuántico con la menor energía posible. 

Este vacío se comportaría como lo hacen los iones que sirven de propelente en un motor magneto-hidrodinámico, un sistema que electrifica las partículas y las dirige mediante campos magnéticos para impulsar una nave espacial en la dirección opuesta“. Algo así como los motores de iones, pero sin necesidad de quemar ningún tipo de combustible más allá del que proporciona el vacío cuántico. Suena a fabuloso y futurista. El motor que la humanidad está esperando para viajar a otros planetas. Pero el informe de la NASA recibió muchas críticas. Muchos escépticos atribuían los resultados positivos de las pruebas a interferencias en los sistemas utilizados para medir el impulso del EmDrive. También se dijo que el supuesto impulso podía deberse a corrientes térmicas de convección causadas por las microondas liberadas en el proceso. Si estos comentarios estaban en lo cierto, el motor EmDrive nunca podría funcionar en un vacío como el del espacio.

Sin embargo, parece que sí que ha funcionado. La NASA acaba de publicar nuevos datos en la web NASA Space Flight, donde se debatió el informe original. Los científicos de la agencia aseguran haber revisado las pruebas y haber probado el EmDrive en una cámara de vacío.

 El motor sigue proporcionando impulso. De nuevo la NASA ha publicado los resultados para que la comunidad científica pueda analizarlos y proponer nuevas pruebas, objeciones o mejoras. El impulso que genera un motor EMDrive depende exclusivamente de la potencia eléctrica que se le aplique. Un motor de 100 vatios generaría tan solo 50 micronewtons de impulso. Pero un motor alimentado por un generador nuclear de entre 1 y 100 megavatios no solo sería perfectamente apto para propulsar naves en viajes espaciales, sino que los revolucionaría por completo.

 Según los cálculos de la NASA, un motor EmDrive alimentado por un generador nuclear portátil de 2 megavatios permitiría a una nave tripulada llegar a Marte en tan solo 70 días. Siendo menos ambiciosos, un propulsor de este tipo con tan solo 6 kilovatios, obtenidos mediante paneles solares, generaría el impulso necesario para mantener un satélite geoestacionario en órbita indefinidamente y reduciría la carga que los cohetes actuales necesitan para ponerlos en órbita de 3 toneladas a solo 1,3 toneladas. También permitiría a la Estación Espacial Internacional prolongar años su vida útil sin que las naves que se acoplan a la estación tengan que impulsarla de vez en cuando para corregir su órbita.

Entrando ya en terreno de la ciencia-ficción, si consiguen explicar cómo funciona el motor EmDrive y logran replicarlo, aumentar su potencia y mejorarlo, este propulsor podría ser el punto de partida para los motores warp capaces de doblar el espacio-tiempo para viajar más rápido que la luz. La NASA ya ha realizado las primeras pruebas con lo que básicamente es un motor EMDrive contenido en un recipiente en forma de píldora. Y los resultados captados mediante un interferómetro son consistentes. 

Por supuesto, aún quedan años de desarrollo y, sobre todo, llegar a una explicación válida para los motores EmDrive. Como apunta la propia NASA: “Después de varios informes consistentes que han registrado impulso por parte del EmDrive en Estados Unidos, Reino Unido y China (con niveles de impulso que exceden en varios miles de veces a los de un cohete Photon, y ahora confirmados bajo condiciones de vacío) es crucial responder a una pregunta: ¿De dónde procede el impulso?”.

 Mientras los resultados publicados no violan ninguna ley física, podemos dudar de ellos en función de la confianza que nos ofrece quien los publica. Pero cuando los resultados publicados violan las leyes físicas, lo primero es dudar. ¿Estamos ante la mayor revolución científica o ante un error?

Fuente: Old Civilizations