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El peso de un mundo
Fuera de la atmósfera terrestre, una nave blanca y estilizada surca el espacio. Mientras suenan las notas de "El Danubio azul", la nave se desliza hacia una estación orbital en forma de rueda, que gira majestuosamente, dispuesta a atracar en un hangar situado en el eje de la misma. Este peculiar vals, perteneciente a la película "2001, una odisea del espacio", se ha convertido en una de las secuencias más emblemáticas de la ciencia ficción. Pero la razón última del giro de la estación no es solamente proporcionar un placer estético al espectador, sino generar para los habitantes de la misma algo casi tan indispensable cómo el aire que respiran: gravedad.
Cae una manzana
¿Qué es la gravedad?. Newton descubrió que dos masas cualesquiera se atraen mutuamente con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Debido a esto, en presencia de un campo gravitatorio todo cuerpo se ve sometido a una aceleración que se conoce cómo aceleración de la gravedad y se representa por la letra g. En la superficie terrestre el valor de g es de 9,8 m/seg2 y normalmente se considera cómo una referencia: las aceleraciones de los vehículos suelen medirse muchas veces cómo múltiplos de g. Conforme nos alejamos del planeta este valor disminuye, hasta acabar resultando casi imperceptible. Eso no significa, sin embargo, que se haya escapado de su influjo: todos los objetos del universo, hasta la más lejana galaxia, interactuan gravitatoriamente entre si. La ingravidez, entendida cómo ausencia de gravedad, no existe. Sí existen condiciones de microgravedad, en la que el valor de la gravedad es muy pequeño, o de caída libre, cuando atracción gravitatoria se ve compensada por otra fuerza, cómo por ejemplo la inercia de un cuerpo que gira. Pero en cualquiera de ambos casos el efecto es el mismo: el peso, esa fuerza invisible contra la que luchamos todos los días de nuestra vida, se vuelve imperceptible.
Flotando entre las estrellas
El hombre es una especie que ha evolucionado dentro del campo de gravedad del planeta Tierra. Nuestro sistema circulatorio, nuestros músculos, toda nuestra estructura ósea están conformadas por esa fuerza que tira de nosotros día y noche. Ahora bien: ¿cómo responde nuestro organismo cuando el peso desaparece?. El deseo de volar, la posibilidad de desplazarse libremente por el espacio, es algo profundamente arraigado en nuestro interior, quizás cómo un recuerdo de la ingravidez que experimentábamos al flotar en el útero materno. En este sentido, la ausencia de peso ofrece posibilidades sumamente interesantes. Por ejemplo, en la danza siempre ha existido una componente etérea, un desplazarse más allá de las ataduras de la gravedad. ¿Cuales serán los límites de esta disciplina cuando verdaderamente el peso no exista?. En "Danza Estelar", de Spider y Jeanne Robinson, ganadora del Hugo y el Locus, se nos muestran cómo la danza puede alcanzar nuevas formas de expresión cuando tiene lugar fuera del campo gravitatorio terrestre, y cómo alguien que sobre la Tierra es un tullido funcional, en caída libre puede convertirse en un artista insuperable.
Otro tanto podría decirse respecto de la arquitectura. Hoy en día ya se está investigando en el espacio sobre la fabricación de nuevos materiales, cómo aleaciones especiales y cristales, que solo se pueden conseguir en condiciones de microgravedad. Las arcologias en órbita que nos pinta Haldeman en "Mundos" tenían precisamente una economía basada en el comercio de ese tipo de productos. Además, construir en semejante entorno genera nuevos grados de libertad en la mente del arquitecto. Por ejemplo, en "Blue Champagne", de Varley, aparece una estructura llamada La Burbuja, una enorme masa de agua situada en órbita con una burbuja de aire en su interior, destinada al entretenimiento de los habitantes y turistas de una estación espacial.
La ausencia de peso incluso podría servir para prolongar la vida. En efecto, nuestro organismo suele acabar rindiéndose ante el esfuerzo implacable que sufren nuestro corazón y nuestros músculos al funcionar durante décadas dentro de un campo de gravedad. Pero cómo bien señala Carl Sagan en "Contacto", en gravedad cero las caderas no se quiebran. En esta novela, un grupo de millonarios se refugian en un hábitat orbital tratando de encontrar una cura a sus dolencias... e incluso buscando la inmortalidad biológica en el proceso. Algo parecido plantea Clarke en "El secreto", donde en una base lunar se descubre que la vida se prolonga considerablemente en condiciones de baja gravedad, pero aparece el problema de cómo comunicar a la Tierra que ese don solo estará disponible para los pocos privilegiados que puedan acceder a ese entorno. Clarke vuelve sobre ese tema en "2061", donde Floyd, uno de los protagonistas de las entregas anteriores, ha conseguido prolongar su vida hasta los 103 años en perfectas condiciones de salud debido a su ininterrumpida estancia en condiciones de baja gravedad durante decadas.
El precio del paraíso
Sin embargo, a pesar de sus múltiples ventajas la vida en ausencia de peso no está exenta de inconvenientes. Por ejemplo, nuestro oído interno, el órgano de equilibrio de nuestro organismo, en algunos casos resulta gravemente afectado por la ausencia de gravedad. El resultado es una sensación de nausea y desequilibrio, el llamado "mareo espacial", que puede prolongarse durante unos cuantos días. El problema es que vomitar en esas condiciones resulta peligrosísimo, especialmente dentro de un traje espacial. Al no existir gravedad que haga caer los residuos, estos pueden provocar la asfixia del ocupante del traje al quedar flotando dentro del mismo.
Otro aspecto, esta vez más psicológico, es el de la orientación. El ser humano se ha desarrollado en un entorno en el que existe una dirección de "abajo" claramente establecida e inconscientemente tendemos a orientarnos según esa premisa. Sin embargo, en el espacio "abajo" no existe. Es necesario desarrollar todo un nuevo esquema de visión tridimensional para poder desplazarse con efectividad en esas condiciones. Un ejemplo clásico es el de las impresiones del protagonista de "Cita con Rama" al enfrentarse a su primera visión del interior de la inmensa nave espacial cilíndrica. En su experiencia, pasó de imaginar que se encontraba en el fondo de una inmensa lata a la imagen de un túnel que se abría ante él... para terminar visualizándose cómo un insecto caminando boca abajo sobre la tapadera de la lata, con todo el terror psicológico a despeñarse hacia el increíblemente lejano fondo que ello suponía. De todos modos, el autor que mejor ha reflejado la problemática de la orientación tridimensional en ambientes de baja gravedad ha sido sin duda Orson Scott Card. En su novela "El juego de Ender", las escenas de entrenamiento en un entorno de ingravidez, la sala de batalla, y los problemas de orientación y movilidad asociados a dicho entorno resultan insuperables y muestran cómo es indispensable una preparación muy especial para desarrollar las habilidades necesarias para el combate en gravedad cero.
Mas graves son los efectos que se producen sobre nuestra masa muscular y la desmineralización. En efecto, al no estar sometidos al esfuerzo continuo al que les somete la gravedad, los músculos se relajan y acaban atrofiándose. Tras una estancia de apenas unos meses, y sin un programa de ejercicio adecuado para mantener sus músculos tonificados, un astronauta ya no es capaz de desenvolverse sin ayuda al volver sobre la superficie del planeta. También son muy importantes los problemas de descalcificación ósea y la pérdida de minerales: los huesos se vuelven delgados cómo el papel y acaban siendo incapaces de soportar nuestro peso sin romperse. Este es por ejemplo el caso que nos presentan Bruce Sterling y William Gibson en "Estrella Roja, Órbita de Invierno", donde el coronel Korolev, que lleva 20 años viviendo en ausencia de gravedad, se encuentra varado en una estación espacial soviética vieja, obsoleta, y a punto de ser desmantelada, sin ninguna posibilidad de poder volver a pisar la superficie del planeta que le vió nacer.
Estatuas de sal
En este sentido, abandonar la superficie de nuestro planeta recuerda en muchas ocasiones un viaje sin retorno. El espacio se convierte en una nueva frontera, llena de posibilidades... pero cuya conquista exige en cierto modo renunciar a nuestros orígenes. Por supuesto, siempre se pueden buscar alternativas. Por ejemplo, el protagonista de "Un fantasma recorre Texas", de Fritz Leiber, viste un exoesqueleto de titanio que sustituye a sus músculos atrofiados y protege a sus huesos descalcificados durante su primera visita a la Tierra tras toda una vida en el espacio. En "Mundos", de Haldeman, los viajeros que tenían que descender a la superficie terrestre desde los hábitats espaciales debían someterse a un intenso y estricto programa de ejercicios físicos para tonificar su sistema muscular, mientras que en "La luna es una cruel amante", de Heinlein, los trabajos en baja gravedad se desarrollaban normalmente a la mayor velocidad posible, para que los trabajadores no quedasen varados para siempre debido a los efectos secundarios de la ingravidez (algo parecido a lo que se hace actualmente, pues las tripulaciones de la estación espacial internacional se relevan periódicamente para evitar los efectos acumulativos de la exposición a la falta de peso).
Pero al igual que los peces que hace millones de años abandonaron el océano y conquistaron la tierra, la humanidad también puede asumir el reto que plantea la ingravidez y partir a la conquista del espacio sin volver la vista atrás. Ya en "Encuentro con Medusa" Clarke utiliza chimpancés modificados para incrementar su inteligencia, cómo operarios en tareas donde prima la habilidad manual. Este concepto se desarrolla plenamente en la novela "En caída libre", de Lois McMaster Bujold, con la figura de los cuadrúmanos, una especie modificada por ingeniería genética con cuatro brazos y sin piernas, diseñados para el trabajo en gravedad cero (donde las piernas, en efecto, son inútiles) y que el protagonista ayuda a liberar de la esclavitud a la que se encuentran sometidos por la compañía que les diseñó.
Yendo un poco más allá, estas modificaciones pueden incluso aplicarse sobre nuestro propio genoma a fin de adaptar a la humanidad a las condiciones de vida que pueden encontrarse en el espacio exterior. En "Mundos en el Abismo" e "Hijos de la Eternidad", Aguilera y Redal presentan la raza de los colmeneros, una especie que se ha adaptado a la vida en las condiciones de espacio profundo y en ausencia de gravedad hasta el punto de que ya no parecen humanos. Pero donde esta idea se lleva a sus últimas consecuencias es en la serie de Dan Simmons sobre Hyperion, y especialmente en su novela corta "Náufragos de la hélice", ganadora del Locus. En esta obra se lleva a cabo una detallada descripción de los Exter, una subespecie de la humanidad que también se ha adaptado a las condiciones de vida en el espacio profundo. Los Exters no solamente tienen hábitats semejantes a los de los colmeneros en asteroides o en el equivalente a la esfera de Dyson que son los anillos bosques orbitales, sino que están completamente adaptados al medio en el que viven: no necesitan respirar, su cuerpo está perfectamente preparado para el vacío y a la ingravidez e incluso algunos están dotados de inmensas velas solares que utilizan para volar a través del espacio. Poul Anderson tambien utiliza una adaptacion genetica a las condiciones espaciales en "Las estrellas son de fuego", donde aparece la raza de los selenitas, humanos con un genoma modificado para permitirles vivir en las condiciones de gravedad de la Luna.
Existen opciones todavía más radicales. Si nuestros cuerpos biológicos son incapaces de adaptarse a las condiciones de vida en ingravidez, siempre podremos plantearnos la sustitución del mismo por un cuerpo mecánico. El ciborg, el hombre máquina, es insensible a la gravedad. En el cerebro no aparecen problemas de descalcificación, y un brazo mecánico no sufre atrofia muscular por permanecer demasiado tiempo en caída libre. Pohl realiza un magistral estudio de las implicaciones de la transformación del hombre en ciborg para adaptarse a la vida sobre el planeta Marte en "Homo Plus", una de las novelas de referencia sobre este tema. En cualquier caso, la evolución lógica de este estadio, el trasladar la mente a un soporte puramente electrónico (cómo los extraterrestres constructores de TMA1 en "2001, una odisea del espacio" o los pilotos electrónicos usados por Saberhagen en "Alas en la oscuridad") libera a la misma de todas las ataduras y servidumbres que acarrea un cuerpo biológico y le abre verdaderamente las puertas para la conquista de las estrellas.
El peso de la aceleración
Parece lógico que si el destino último de la humanidad es el vivir de un modo permanente fuera de la Tierra, se siga de un modo u otro el camino evolutivo al que nos hemos referido. Pero para aquellos que prefieran quedarse en los planetas, sometidos al tirón de la gravedad, transformase en un ángel con alas de cientos de metros de longitud no parece una solución demasiado realista para desplazarse de un sitio a otro por el espacio. Por suerte, generar gravedad artificial, en contra de lo que pudiera parecer, no resulta tan complejo. De nuevo la física viene a echarnos una mano, a través del llamado principio de equivalencia: un cuerpo sometido a aceleración sufre los mismos efectos que si estuviese dentro de un campo gravitatorio con una aceleración equivalente. Esto es algo relativamente fácil de comprobar: cuando aceleramos un coche, notamos claramente una fuerza que nos aplasta contra el asiento (al igual que sucede, por ejemplo, cuando se lanza una nave espacial) y esa fuerza es, a todos los efectos, indistinguible de la gravedad.
Curiosamente, debido a esto, las naves de la edad de oro clásica de la ciencia ficción, esos cohetes atómicos en forma de supositorio, eran muchísimo más coherentes con la física en este campo que muchas de las naves más modernas que han ido apareciendo con posterioridad en el género. En efecto, para llevar a cabo una travesía espacial sin problemas de gravedad es suficiente mantener una aceleración constante de un g durante una parte del trayecto, parar el impulsor, dar la vuelta y continuar el viaje decelerando con una aceleración de una gravedad en la segunda mitad de la trayectoria. Este es un mecanismo muy elegante y completamente efectivo para llevar a cabo largos viajes espaciales sin resultar afectados por la ausencia de peso.
Sin embargo, tampoco esta exento de inconvenientes. El primero es, sin duda, el del motor. Casi todos los sistemas de propulsión conocidos se basan en el principio de acción y reacción: se utiliza un combustible que sirve para acelerar una masa de impulsión que al ser expulsada empuja al vehículo en dirección contraria. Sin embargo, la cantidad de combustible que un vehículo espacial puede cargar es finita y cuanto más combustible carga, más pesa y más energía hace falta para moverlo. El perfil de vuelo no viene determinado, por tanto, por la necesidad de conseguir una determinada aceleración, sino por la masa de combustible que se puede acarrear. Lo normal es acelerar hasta gastar la mitad del mismo, mantener una trayectoria inercial sin aceleración a la velocidad alcanzada y decelerar al llegar al punto de destino. Pero este perfil vuelve a dejarnos en el punto de partida, pues durante la fase inercial del vuelo seguimos necesitando un sustituto de la gravedad.
Otro problema procede de que un sistema de aceleración continua es muy sensible a las maniobras. Ciertamente, todo funciona sin problemas mientras la nave se desplace en línea recta. Pero en cuanto tenga que cambiar de trayectoria bruscamente el interior de la misma puede convertirse en un infierno. Por ejemplo, en "Cosecha de estrellas", de Poul Anderson, se nos describe una batalla espacial en la que la maniobrabilidad las naves viene determinada por la presencia de una tripulación humana en su interior, puesto que una nave ciborg o un simulacro electrónico carece de esas limitaciones. Esta superioridad de la máquina sobre el hombre a la hora de hacer frente a la aceleración ha sido bastante explotada en el género. Sin ir más lejos, en "Efímeras", de Kevin ODonnell Jr la nave utiliza su capacidad para acelerar y decelerar bruscamente para sofocar un motín de su tripulación.
Se han propuesto distintas alternativas para hacer frente a estos inconvenientes. La primera implica la mejora en la eficiencia de los propulsores. Un cohete químico quema su combustible en un periodo de tiempo muy reducido, de apenas minutos. En cambio un cohete nuclear es miles de veces más eficiente y un propulsor avanzado de fusión o de antimateria tiene una eficacia centenares de miles de veces mayor. Por ejemplo, en "El mundo al final del tiempo", de Frederik Pohl, una nave colonizadora que utiliza un esquema mixto de vela solar y motor de antimateria es capaz de mantener una aceleración casi constante durante toda su trayectoria hacia una lejana estrella.
Aun así, para un viaje lo suficientemente largo es evidente que el combustible no puede llegar para mantener una trayectoria de aceleración constante. Una posible alternativa consiste en utilizar un valor de aceleración más reducido (en "2061" la Universe es capaz de realizar el trayecto Tierra - Júpiter a una aceleración constante de 0,1g merced a su planta de fusión catalizada por muones). También podemos renunciar a la aceleración constante... pero colocando a la tripulación en un estado de hibernación en el que los efectos de la ingravidez se vean minimizados. Una interesante variante de esta teoría la encontramos en la novela de Chales Sheffield "Entre los latidos de la noche". El método de viaje interestelar escogido en este caso es el llamado "espacio L", donde aparentemente las naves viajan a muchas veces la velocidad de la luz. Pero lo curioso del espacio L es que no se trata de un nuevo y revolucionario avance de la física, sino de un estado metabólico a mitad de camino entre la animación suspendida y la hibernación. En el espacio L, el metabolismo se ve ralentizado a una décima parte de su valor normal y debido a esto el tiempo corre diez veces más lento... lo que a su vez implica que las aceleraciones se perciben subjetivamente muchísimo más rápidas. En estas condiciones, las naves pueden mantenerse con una aceleración de apenas unas centésimas de g, que serán percibidas por la tripulación cómo una gravedad completa durante toda la trayectoria.
Otra estrategia valida para enfrentarse al problema de la aceleración constante es el empleo de una nave que sea capaz de conseguir su propio combustible del espacio exterior. Por ejemplo, las estatocolectoras recogen hidrógeno interestelar mediante enormes dragas magnéticas para producir una reacción de fusión nuclear autosostenida que impulsa la nave casi indefinidamente. Puesto que no cargan combustible, son mucho más ligeras que cualquier otro tipo de astronave y tienen una capacidad de aceleración continua muy superior. La estatocolectora es el vehículo interestelar por excelencia, y su problema en este caso no seria el mantener una aceleración constante sino cómo detenerse, tal y cómo lo describe Anderson en "Tau Cero" o Benford en "Efectos Relativistas". Otras naves que no utilizan el principio de acción y reacción para desplazarse, cómo las de energía de vacío que describe Clarke en "Cánticos de la lejana Tierra" o Sheffield en "Las cronicas de McAndrew", también puede utilizar esquemas de aceleración constante para generar gravedad.
Danzando entre las estrellas
Aunque algunas de las soluciones que hemos comentado resultan sumamente ingeniosas, en realidad ninguna de ellas aborda de un modo eficiente el problema de la trayectoria inercial intermedia de cualquier viaje espacial de mediana duración. Y, en cualquier caso, tampoco son aplicables a estructuras estacionarias situadas en órbita. Sin embargo, de nuevo podemos recurrir a un sencillo mecanismo para aplicar el principio de equivalencia a fin de simular los efectos de la gravedad dentro de estas estructuras: hacerlas girar. Asi, la fuerza centrífuga, ese derivado de la inercia de los cuerpos sometidos a rotación es, de acuerdo con el principio de equivalencia, un perfecto sustituto de la gravedad. El coste energético de la rotación es mínimo, pues una vez iniciado el giro, al no existir rozamiento, el movimiento debería mantenerse casi eternamente. Y, además, modificando el radio y la velocidad angular, podremos obtener los valores de pseudogravedad que resulten más convenientes para nuestras necesidades. De este modo, para generar gravedad en una estructura orbital solo tendremos que diseñarla con geometría de rotación (un cilindro o un toro de revolución) y hacerla girar sobre su eje.
En el caso de una nave, durante la fase de aceleración las mantendremos estables, pero al entrar en la parte inercial de la trayectoria simplemente tendremos que hacerlas girar sobre su eje de desplazamiento, cómo sucedía por ejemplo en el caso de la astronave rusa Leonov en "2010, odisea dos", de Clarke, para generar gravedad en su interior.
Debido a su eficacia y sencillez las estructuras giratorias se han convertido en uno de los generadores gravitatorios más apetecibles que ha dado de sí el género. La rotación centrífuga se utiliza en muchas novelas cómo mecanismo de adaptación intermedio para que los habitantes del espacio puedan descender sobre una superficie planetaria. Ejemplos los tenemos en la ya citadas "Un fantasma recorre Texas" y "Mundos". En las estaciones espaciales, desde la de "2001, una odisea del espacio" a Babylon 5, la rotación se ha convertido prácticamente en un estándar de diseño. La megalítica estructura del Mundo Anillo, de Niven, también rota para generar gravedad, con el añadido de que su enorme diámetro (recordemos que en el centro del anillo se situaba una estrella que era la que proporcionaba energía al mismo) permite que cualquier nave situada sobre la cara exterior alcance inmediatamente la velocidad de escape al desprenderse de la misma, cómo una piedra impulsada por una honda gigantesca.
Muchas naves también han utilizado elementos giratorios cómo parte de su sistema de soporte vital. En "Mundos en el abismo" se utilizaba la rotación de los veleros solares tanto para desplegar sus velas cómo para proporcionar gravedad artificial a la tripulación. En combate, sin embargo, se detenía el giro por cuestiones de estabilidad y maniobrabilidad. La Discovery de "2001, una odisea del espacio" estaba dotada de un anillo centrífugo en cuyo interior se llevaban a cabo las actividades cotidianas. Esa misma estructura aparecía también en la película "Misión a Marte", que contenía un gran número de homenajes a la obra de Kubric. En ambos casos, la necesidad de trasladarse entre zonas con diferente nivel de gravedad y consideraciones estructurales determinaban que la velocidad de giro del tambor no fuese demasiado elevada, por lo que los astronautas debían complementar con un riguroso programa de ejercicios físicos la menor gravedad producida por el mismo.
Pero el ejemplo perfecto de empleo de este sistema de gravedad lo encontramos, sin duda, en Rama, la inmensa nave interestelar de "Cita con Rama", de Clarke. Rama es un cilindro giratorio de kilómetros de diámetro, en cuyo interior existe un gradiente de gravedad decreciente que va del eje de giro a la superficie de la cara interna del cilindro. Su gran diámetro le permite mantener una gravedad apreciable con una velocidad de giro no excesivamente alta, mientras que su geometría cilíndrica permite un fácil acceso al interior a partir del eje ingrávido. Rama es la nave de rotación por excelencia, cuyo diseño se ha repetido en mayor o menor grado en muchas otras novelas del género, desde "Eón" (donde "la Patata", el asteroide hueco en el que comienza la acción, consigue parte de su gravedad por rotación), hasta la trilogía de los mundos, de Haldeman, en la que la mayor parte de las arcologias orbitales utilizan este sistema para acondicionar la gravedad de los hábitats a las necesidades de sus habitantes.
La rotación es, por tanto, un sistema excelente para proporcionar gravedad a una tripulación humana en viajes espaciales de larga duración o en estructuras permanentes situadas en órbita. Sin embargo, tampoco está exenta de inconvenientes. El primero es, curiosamente, que desde un punto de vista constructivo una gravedad es un valor de aceleración bastante elevado. Las fuerzas estructurales a las que se encuentran sometidos los materiales situados en la parte externa del sistema que gira son inmensas, y, además, en naves espaciales es preciso tener en cuenta tanto los problemas de vibraciones (que fueron los que desestimaron en la fase de diseño de la ISS, la estación espacial internacional, que la misma girase) cómo los derivados de la transmisión de giro interno del anillo a la estructura externa que lo sustenta. Ciertamente, en el espacio no hay nada que "ancle" a la nave respecto de lo que la rodea, por lo que la rotación residual transmitida a la misma a través del rozamiento del anillo tendera a hacerla girar en sentido contrario a la rotación del carrusel. Este es precisamente el problema que se plantea en "2010, Odisea dos" cuando la tripulación de la Leonov intenta abordar a la Discovery en órbita de Júpiter tras haber permanecido la misma abandonada en ese punto durante varios años.
Otro efecto curioso propio de sistemas giratorios es la aceleración de Coriolis. La aceleración de Coriolis no es real, sino un efecto secundario consecuencia del movimiento dentro de un sistema que rota. Imaginemos que nos encontramos sobre la superficie interna de un cilindro que esta girando y arrojamos una pelota paralela al eje de rotación. Parece lógico pensar que la pelota describirá una trayectoria rectilínea. Pero en realidad el cilindro seguirá girando debajo de ella, de modo que cuando llegue a la altura de su destino habrá sufrido una desviación exactamente cómo si una aceleración invisible hubiera tirado de ella. La aceleración de Coriolis depende del radio de giro y de la velocidad angular, pero cómo en una astronave dicho radio debe ser forzosamente reducido, es un punto muy a tener en cuenta a la hora de aprender a desplazarse sin problemas. Una buena descripción de estos efectos la tenemos en la narración del descenso de los paracaidistas rusos desde el eje de una estación espacial en "Eón", de Greg Bear.
Sin embargo, la mayor pega de los sistemas centrífugos, especialmente en las naves espaciales, es el de la gravedad diferencial. Tal y como comentamos más arriba el valor de la aceleración centrífuga depende de la distancia al punto de giro y de la velocidad angular. Pero el radio de giro de un carrusel centrífugo esta limitado por el diámetro máximo de la nave. En un habitáculo de 4 metros de diámetro siempre podríamos ajustar la gravedad incrementando la velocidad angular... pero entonces nos encontraríamos que los pies, por ejemplo, estarían sometidos a una aceleración de una g, mientras que la cabeza se encontraría prácticamente en caída libre. La sangre se agolparía literalmente en las extremidades inferiores, en una especie de efecto marea rotacional, dando lugar a efectos fisiológicos impredecibles. Lógicamente, siempre podríamos escoger la opción Rama, construyendo naves de kilómetros de diámetro en las que estos efectos resultasen despreciables. Pero esta no es, sin duda, una solución demasiado elegante. La NASA ha planteado dentro del marco de los estudios que se están llevando a cabo para un posible viaje a Marte durante la próxima década una solución intermedia: al alcanzarse la parte inercial de la trayectoria, la nave se divide en dos módulos separados por un cable de longitud arbitraria. Entonces se imprime una rotación angular al sistema, de modo que el módulo habitado tiene una gravedad centrífuga cuyo valor puede ajustarse mediante la velocidad de rotación (que solo viene limitada por la resistencia del cable) y en donde se pueden minimizar los efectos de la gravedad diferencial variando la distancia que separa ambos módulos. En la novela de Poul Anderson "Las estrellas son de fuego" aparecen distintos modelos de centrifugadores en cuyo diseño y especificaciones de funcionamiento se tienen en cuenta estos efectos de gravedad diferencial.
Con la fuerza de un gigante.
Hasta ahora hemos considerado las alternativas de las que disponemos para desplazarnos por un medio de gravedad inferior a la Terrestre. Pero ¿qué sucede en el caso contrario?. La adaptación a ambientes de alta gravedad resulta bastante complicada. Conforme aumenta nuestro peso, la movilidad disminuye: bajo una aceleración de diez gravedades, un individuo normal tiene un peso de prácticamente una tonelada. El corazón tiene cada vez más problemas para bombear sangre y aumenta el riesgo de dolencias cardiacas. La más leve caída puede provocar lesiones de importancia: en "La guerra interminable", de Haldeman, una simple arruga en el traje de presión provoca una herida casi fatal a la compañera del protagonista, Marigay. El umbral de la consciencia se sitúa en torno a las diez u once gravedades. Por encima de ese punto, se pierde el conocimiento y poco más allá sobreviene la muerte.
Por desgracia, las altas gravedades no son un problema exclusivo de cuerpos celestes sumamente masivos, sino que pueden aparecer fácilmente en cualquier desplazamiento a partir del principio de equivalencia al que nos hemos referido varias veces a lo largo del artículo. Un simple avión atmosférico que realice un giro cerrado de apenas unos cuantos centenares de metros a 900 Km/h puede alcanzar fácilmente el umbral de tolerancia orgánica a la aceleración. Para evitar esto, los pilotos visten el llamado traje anti g, que consiste básicamente en una prenda que al ser sometida a una cierta aceleración se hincha bloqueando el desplazamiento de la sangre para evitar que el que la viste pierda el conocimiento. Esta es una solución válida, aunque solo durante unos breves instantes y en ningún caso para un viaje prolongado o para soportar las aceleraciones propias de un viaje espacial en el que la nave no se desplaza a 800 Km/h sino a 30 Km/seg.
El problema en este caso es, por tanto, que si bien disponemos de un gran número de mecanismos para adaptarnos a la ausencia de peso, prácticamente estamos inermes frente a las gravedades elevadas. Ya en una de las primeras novelas del género, "De la tierra a la luna" de Julio Verne, se proponía un mecanismo hidráulico para compensar las inmensas aceleraciones derivadas de lanzar la nave de los protagonistas hacia la luna utilizando un cañón. Aunque la solución propuesta por Verne es ineficaz (los intrépidos exploradores habían fallecido sin duda durante el lanzamiento), en otras condiciones si puede utilizarse el recurso de los tanques de flotación para minimizar el efecto de la aceleración, aprovechando el empuje proporcionado por el principio de Arquímedes para compensar el tirón de la gravedad. Desgraciadamente este mecanismo, cómo el del traje anti g, solo es válido durante un periodo reducido de tiempo y a costa de la movilidad del viajero.
En "La guerra interminable" se utiliza una variante de este procedimiento bastante más sofisticada: a los tripulantes se les inserta una válvula capaz de inyectar líquido dentro de la cavidad abdominal, de modo que controlando la presión del mismo pueden compensarse las aceleraciones externas eficazmente. Con este mecanismo el tope de la tolerancia biológica sube casi al centenar de gravedades típicas de un combate espacial. En la misma novela se describen también la existencia de una serie de tanques móviles que son utilizados por la tripulación para desplazarse por el interior de la nave para llevar a cabo las mínimas maniobras de control precisas en esas circunstancias. La misma idea de válvulas internas es empleada por Robert L. Forward en "Camelot 30K" para compensar las enormes aceleraciones de despegue asociadas a un cable catapulta que se usa para enviar una nave de exploración al cinturón de Kuiper para llevar a cabo un primer contacto con una peculiar civilización extraterrestre.
La utilización de válvulas implantadas para soportar la aceleración abre el campo de una posibilidad a la que ya hemos aludido con anterioridad: el ciborg. Los ciborg están particularmente bien adaptados a los ambientes de alta aceleración. Por ejemplo, en el clásico de Henry Kuttner, "Camuflaje", una nave espacial pilotada por un ciborg utiliza su capacidad de aceleración y deceleración bruscas para deshacerse de unos piratas espaciales que pretendían apoderarse de la misma. "Encuentro con Medusa", de Clarke, cuenta las peripecias de un humano, superviviente de un terrible accidente, que utiliza las capacidades adicionales que le proporcionan sus prótesis para la exploración del planeta Júpiter. En el siguiente estadio, la fusión mente-máquina, la tolerancia a la aceleración viene determinada por la resistencia de los componentes de la nave, miles de veces superior a la de un cuerpo orgánico. Especialmente interesante en ese sentido es el relato "Cambio marino", de Thomas N. Scortia, donde se narra magníficamente la transición de ciborg a nave consciente y las servidumbres y el precio que ello implica.
Una alternativa a la implantación de la mente en una máquina es la utilización de un cuerpo que este adaptado al ambiente de alta gravedad para llevar a cabo la experiencia. En el clásico de Simak "Deserción", los terrestres trasladan sus mentes a los cuerpos de los nativos del planeta Júpiter, con unos interesantes efectos secundarios. Curiosamente, no son demasiados los extraterrestres adaptados a ambientes de alta gravedad que aparecen en el género. Por ejemplo, en "El mundo al final del tiempo" aparece una raza de seres que viven dentro de las estrellas (uno de los sitios en los que la gravedad es más alta del universo), pero a la que no afectan los campos gravitatorios por estar hechos de energía. Los Hechees de la serie de "Pórtico", de Pohl, han evolucionado en un campo de gravedad semejante al terrestre, pero tienen su refugio dentro de un agujero negro. En "Misión de Gravedad", Hal Clements nos describe magistralmente las diferentes formas de vida que existen sobre el planeta Mesklin, grande y denso, con una gravedad que varia de los 3g del ecuador a los 300g de los polos, y la odisea de un osado mesklinita en busca de una sonda espacial terrestre.
Pero sin duda, Forward es el autor de la que podemos considerar cómo una de las especulaciones más osadas e inteligentes sobre ambientes de alta gravedad. "Huevo de Dragón" narra las peripecias de los Cheelas, una especie extraterrestre que vive y desarrolla una civilización sobre la superficie de una estrella de neutrones. En este ambiente existe un campo gravitatorio de 67000 millones de g a nivel del suelo, con unos campos magnéticos de billones de gauss. La descripción que se hace de la fisiología cheela y su adaptación a tan peculiares condiciones de vida es simplemente mágnifica.
En esta novela se desarrolla un original mecanismo para compensar las monstruosas atracciones gravitatorias propias de un ambiente de este tipo. Durante el transcurso de la trama, la nave terrestre se encuentra situada en una órbita estacionaria sobre la superficie de la estrella. En dicho punto, la gravedad todavía es de 40 millones de g, pero se anula en su mayor parte con la componente debida a la rotación del vehículo, por estar el mismo en órbita. El problema en este caso aparece porque esta cancelación solo es válida para el centro de masas de la nave. Conforme nos alejamos del mismo, la gravedad vuelve a incrementarse al acercamos a la estrella y a disminuir al alejarnos. Debido a esto, si un viajero se situase en el centro de masas de la nave con los pies mirando a la estrella, la parte central de su cuerpo estaría ingrávida, pero entre la cabeza y los pies existiría un diferencial de gravedad de 400 gravedades. Esto es lo que se conoce cómo "fuerzas de marea" pues es precisamente el mecanismo que determina la aparición de las mareas en los mares terrestres, dado que la luna atrae con más fuerza el agua que está situada directamente debajo de ella que la que se encuentra en el otro extremo del planeta. Los efectos de estas fuerzas ya fueron planteados por Niven en sus relatos "Estrella de Neutrones", ganador del Hugo, y en "Hay mareas". Pero es Forward el que ofrece una solución ciertamente brillante al problema. Para ello sitúa seis enormes masas ultradensas girando en torno a la nave humana. En el punto central de la misma, la atracción de las seis masas se compensa. Modificando la velocidad de rotación y diseñando adecuadamente las esferas ultradensas es posible crear en la parte central del vehículo un área en la que se anulan los efectos de las fuerzas de marea de la estrella. Precisamente en la continuación de esta novela, "Estrellamoto", la Matadragones se ve en peligro de ser desintegrada por el fallo de una de las esferas de compensación, que provoca un remolino de fuerzas gravitatorias cambiantes en su interior.
Huevo de dragón plantea también el empleo de un interesante mecanismo generador de gravedad: la utilización de un agujero negro, una masa extraordinariamente densa situada en un volumen diminuto de espacio y por tanto susceptible de ser incorporada a una nave. Las posibilidades de este sistema como compensador de inercia fueron posteriormente desarrolladas por Charles Sheffield en su obra Las crónicas de McAndrew, donde se plantea la utilización de un plato de materia condensada para anular las aceleraciones asociadas al viaje espacial. En efecto, si la gravedad resulta indistinguible de la inercia, lo que propone Sheffield es situar una masa enorme, pero puntual, a cierta distancia de la parte frontal de la nave que se desea acelerar. En reposo, creará un campo gravitatorio en dirección al morro. Cuando la nave acelere, la inercia tenderá a compensar ese campo gravitatorio. Pero ese efecto podría variarse fácilmente alterando la distancia que separa a la masa de la nave. Cuanto más cerca estuviera, mayor aceleración podría conseguirse sin que la tripulación percibiera sus efectos. Obviamente llegaría un punto en que las fuerzas de marea sí serían
perceptibles, según vimos más arriba. Pero hasta alcanzar ese umbral existen un amplio margen de aceleraciones que pueden ser compensadas mediante este mecanismo.La utilización de materia superdensa como compensador de inercia puede resultar atrevida, pero hay propuestas todavía más radicales. Simmons, en "Endymion", utiliza un sistema para zafarse de los efectos de la aceleración de lo más original. El problema que se plantea en este universo es que sus naves MRL tienen que situarse a una determinada distancia del planeta de origen antes de saltar a velocidad hiperlumínica. En ese trayecto se consume un tiempo precioso, que puede ser de semanas o meses. Las naves de la clase Arcángel, sin embargo, no tienen ese inconveniente. Las mismas parten con una aceleración enorme, del orden de cientos de gravedades, lo que les permite alcanzar el punto de salto muy deprisa. Lógicamente, la tripulación muere instantáneamente, convertida literalmente en puré... pero no importa, porque los cruciformes que llevan sobre sus carnes, una especie de parásito con ciertas interesantes propiedades, les resucitaran intactos en el punto de destino. Un sistema ciertamente brutal, pero eficaz, de ahorrar tiempo de viaje.
Antigravedad
La idea de media docena de masas trazando un complicado encaje de bolillos en torno a una nave espacial puede resultar muy consistente científicamente, pero de seguro provoca sudores fríos a muchos lectores del género. Afortunadamente para ellos, en muchas novelas suelen utilizarse una serie de artificios más o menos elaborados y más o menos afortunados que evitan oportunamente todo este tipo de problemas. El primero de todos es, sin duda, el ignorar directamente los efectos de la gravedad en el desarrollo de la trama. Cuando en "Armaggedon" los tripulantes de una lanzadera que está llevando a cabo una maniobra a más de 10 g levantan tranquilamente sus brazos y gesticulan cómo si estuvieran disfrutando de un emocionante viaje en una montaña rusa, no parecen ser demasiado conscientes de que cada uno de esos brazos que agitan con tanta alegría pesan posiblemente más de cien kilos. Lo mismo podría decirse de tantas y tantas películas, empezando por la famosa serie de "La guerra de las galaxias", donde las naves efectúan bruscos cambios de dirección y velocidad volando a decenas de miles de kilómetros por hora sin que los tripulantes ni siquiera se despeinen. Para los que gustan de dar algo más de justificación a su trama, generadores gravitatorios, campos de compensación, incluso la antigravedad son recursos utilizados muy a menudo para quitar de en medio a esta molesta compañera de los viajes espaciales cuyos efectos estamos comentando.
El concepto de antigravedad es casi tan viejo cómo el género. En su novela "Los primeros hombres en la Luna", H. G. Wells presenta una sustancia llamada cavorita, en honor al científico que la descubrió, cuya principal característica es su capacidad para apantallar la gravedad. Utilizando esta curiosa propiedad, los personajes de Wells construyen una nave espacial capaz de viajar a la Luna formada por una esfera recubierta de paneles plegables forrados de cavorita. Cuando todos los paneles se encuentran cerrados, la esfera se encuentra aislada de cualquier tipo de influencia gravitatoria y flota libremente. Para dirigirla en uno u otro sentido, basta con abrir y cerrar selectivamente los paneles adecuados de modo que se exponiendo la sección en cuestión de la nave a la atracción de la gravedad se genere una fuerza que impulse a la nave en la dirección dada.
El método de Wells resulta bastante intuitivo, pero desgraciadamente es poco práctico. Las razones las explica perfectamente Isaac Asimov en su relato "La bola de billar". En el mismo, la competencia entre un físico y un ingeniero da cómo resultado un peculiar aparato antigravedad. Sin embargo, este aparato presenta un grave problema: al desaparecer la gravedad, todo el resto de fuerzas que actúan sobre el objeto situado en su interior, la inercia derivada del giro de la Tierra sobre su eje, en torno al Sol, los movimientos del sistema solar dentro de la galaxia, etc y que eran compensados por la gravedad eliminada aparecen de golpe sobre el mismo, permitiendo una utilización extremadamente poco convencional del invento.
Asimov utiliza para justificar su antigravedad la modificación de las características topológicas del espacio. En efecto, considerando al mismo según el modelo de la lámina de goma, Asimov propugna una modificación de sus propiedades locales para hacerlo más resistente a la deformación introducida por una masa. En la serie de Star Trek se utiliza un procedimiento muy semejante tanto para viajar más deprisa que la luz cómo para generar un eficaz cancelador de inercia y sistema de gravedad artificial: la utilización de dispositivos de curvatura. Curiosamente dentro de una serie que se caracteriza muchas veces por un desaforado empleo de tecnojerga, la deformación del espacio es un procedimiento físicamente valido para conseguir antigravedad. Tanto la propulsión a distorsión cómo la gravedad artificial son algo que podría lograrse con relativa facilidad mediante la aplicación de energía negativa sin violar ningún principio físico. El problema en este caso esta, lógicamente, en cómo conseguir esa forma extremadamente rara de energía en las cantidades necesarias.
Ante este tipo de problemas, algunos autores han tomado diferentes atajos para conseguir el mismo efecto. En "El cielo cruel", Clarke presenta una conversor electrogravitatorio capaz de transformar energía eléctrica en gravedad y viceversa. Este conversor, diseñado en forma de mochila, sirve para reducir el peso de unos alpinistas que pretenden conquistar el Everest, aunque encuentran una serie de inesperados problemas en el trayecto. Julian May, en su saga de Medio Galáctico, parte de la resolución de la tan deseada teoría unificada de los campos gravitatorios y magnéticos para desarrollar un sistema de propulsión gravomagnético, en el que campos magnéticos se utilizan para modificar la acción de la gravedad. "Tau Cero", de Poul Anderson, narra la peripecia de una nave estatocolectora a la que un fallo en el motor le impide deternerse. Cómo vimos más arriba, la estatocolectora puede mantener fácilmente un esquema de aceleración continua debido a las peculiares características de su motor. Pero Anderson va más allá. Aprovechando el sistema de captación de materia inerte del que esta dotado la estatocolectora, basado en la utilización de campos electromagnéticos con una determinada geometría que interactuan sobre la materia mediante fuerzas magnetohidrodinámicas, el autor desarrolla un sistema de compensación de la aceleración que permite reducir los tiempos de viaje de la nave al alcanzar la misma más rápidamente su velocidad de crucero.
Los campos más o menos milagrosos en los que la inercia simplemente no existe son la ultima de las soluciones propuestas para evitar los problemas que estamos discutiendo. En "La guerra interminable", Haldeman propone la existencia de un campo de protección en el que nada puede moverse por encima de una determinada velocidad y en el que no se consiente ningún tipo de actividad eléctrica. Éste tiene unos efectos sumamente interesantes, porque la exposición a este tipo de campo genera la muerte instantánea a todo aquel sometido a su influencia al fallar las conexiones sinápticas. Pero donde este sistema de protección se demuestra completamente eficaz frente a los problemas que estamos estudiando es con el empleo de los llamados campos de éxtasis. Dentro de un campo de éxtasis no existe interacción de ningún tipo con el mundo exterior. En algunos casos, incluso deja de correr el tiempo. Esto los convierte en la defensa perfecta frente a los efectos de la gravedad y de la inercia. Por ejemplo, en "Aparato contra tendencia", de Cristopher Anvil, existen ingenios de este tipo que se utilizan cómo eficaces módulos anticolisión en los automóviles. Pero es en la serie de las burbujas, de Vernon Vinge, donde mejor se exponen las propiedades de este tipo de campos, que permiten desde la propulsión de naves espaciales haciendo estallar bombas nucleares tras las mismas cómo el viajar cómodamente por el tiempo, eso si, en un solo sentido.
Conclusión
Cuando se reflexiona sobre la pregunta "¿Qué necesita el hombre para viajar por el espacio?", normalmente acuden a nuestra mente las respuestas más inmediatas: una carcasa que nos proteja del vacío y nos transporte, aire para respirar y calor para evitar el abrazo helado de la noche interestelar. Pero pocos pensaran en la gravedad. La gravedad puede matarnos, no solamente a través de una caída, sino deformando nuestros huesos y agotando a lo largo de los años nuestro sistema circulatorio. Sin embargo, su ausencia nos enferma gravemente, y puede convertir la colonización del espacio en una especie de camino sin retorno, separándonos en dos especies diferentes incapaces de compartir el mismo hábitat. Hoy apenas empezamos a asomarnos a los bordes de la última frontera que se abre ante la humanidad. Pero cuando estemos dispuestos a afrontar ese salto, a cruzar el inmenso vacío que nos separa de los planetas y de las estrellas, sabemos que tendremos que llevar con nosotros, cómo titanes cargando con el peso de un mundo, a nuestra inseparable compañera, la gravedad del planeta que nos vió nacer.
© Cristóbal Pérez-Castejón Carpena 2001
© Cristóbal Pérez-Castejón Carpena 2003-2004 Ultima actualización 14-11-2004