La IA está mejorando los cohetes espaciales y pronto puede traer motores nucleares
Cada año, empresas y agencias espaciales lanzan cientos de cohetes al espacio, y ese número está previsto que crezca drásticamente con misiones ambiciosas a la Luna, Marte y más allá. Pero estos sueños dependen de un desafío crítico: la propulsión, los métodos utilizados para impulsar cohetes y naves espaciales hacia adelante.
Para hacer los viajes interplanetarios más rápidos, seguros y eficientes, los científicos necesitan avances en tecnología de propulsión. La inteligencia artificial es un tipo de tecnología que ha comenzado a proporcionar algunos de estos avances necesarios.
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Omar Kardoudi
Somos un equipo de ingenieros y estudiantes de posgrado que estudiamos cómo la IA en general, y un subconjunto de la IA llamado aprendizaje automático en particular, puede transformar la propulsión espacial. Desde la optimización de motores térmicos nucleares hasta la gestión del complejo confinamiento de plasma en sistemas de fusión, la IA está reconfigurando el diseño y las operaciones de propulsión. Se está convirtiendo rápidamente en un socio indispensable en el viaje de la humanidad hacia las estrellas.
Aprendizaje automático y por refuerzo
El aprendizaje automático es una rama de la IA que identifica patrones en datos sobre los que no ha sido entrenada explícitamente. Es un campo vasto con sus propias ramas y muchas aplicaciones. Cada rama emula la inteligencia de diferentes maneras: reconociendo patrones, analizando y generando lenguaje, o aprendiendo de la experiencia. Este último subconjunto en particular, comúnmente conocido como aprendizaje por refuerzo, enseña a las máquinas a realizar sus tareas calificando su rendimiento, permitiéndoles mejorar continuamente mediante la experiencia.
Como ejemplo sencillo, imaginemos un jugador de ajedrez. El jugador no calcula cada movimiento, sino que reconoce patrones de haber jugado mil partidas. El aprendizaje por refuerzo crea una pericia intuitiva similar en máquinas y sistemas, pero a una velocidad y escala computacional imposibles para los humanos. Aprende mediante experiencias e iteraciones observando su entorno. Estas observaciones permiten a la máquina interpretar correctamente cada resultado y desplegar las mejores estrategias para que el sistema alcance su objetivo.
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Jesús Díaz
El aprendizaje por refuerzo puede mejorar la comprensión humana de sistemas profundamente complejos, aquellos que desafían los límites de la intuición humana. Puede ayudar a determinar la trayectoria más eficiente para una nave espacial que se dirige a cualquier lugar del espacio, y lo hace optimizando la propulsión necesaria para enviar la nave allí. También puede potencialmente diseñar mejores sistemas de propulsión, desde la selección de los mejores materiales hasta la creación de configuraciones que transfieran el calor entre las partes del motor de manera más eficiente.
Aprendizaje por refuerzo para la propulsión
En lo que respecta a la propulsión espacial, el aprendizaje por refuerzo generalmente se divide en dos categorías: aquellas que asisten durante la fase de diseño, cuando los ingenieros definen las necesidades de la misión y las capacidades del sistema, y aquellas que apoyan su funcionamiento en tiempo real una vez que la nave espacial está en vuelo.
Entre los conceptos de propulsión más exóticos y prometedores está la propulsión nuclear, que aprovecha las mismas fuerzas que impulsan las bombas atómicas y alimentan el Sol: la fisión nuclear y la fusión nuclear.
La fisión funciona dividiendo átomos pesados como el uranio o el plutonio para liberar energía, un principio utilizado en la mayoría de los reactores nucleares terrestres. La fusión, por otro lado, fusiona átomos más ligeros como el hidrógeno para producir aún más energía, aunque requiere condiciones mucho más extremas para iniciarse.
La fisión es una tecnología más madura que se ha probado en algunos prototipos de propulsión espacial. Incluso se ha utilizado en el espacio en forma de generadores termoeléctricos de radioisótopos, como los que impulsaron las sondas Voyager. Pero la fusión sigue siendo una frontera tentadora.
La propulsión térmica nuclear podría algún día llevar naves espaciales a Marte y más allá a un coste menor que el de simplemente quemar combustible. Llegaría allí más rápido que la propulsión eléctrica, que utiliza un gas calentado compuesto de partículas cargadas llamado plasma.
