Un potente láser instalado en los Alpes suizos crea un pararrayos virtual que puede mejorar la seguridad de infraestructuras críticas, según un artículo publicado en ‘Nature Photonics’
El pararrayos es uno de los inventos más famosos del mundo. La historia cuenta que Benjamin Franklin, uno de los padres fundadores de EEUU, además de científico, demostró la naturaleza eléctrica de los rayos volando una cometa. Aunque el hallazgo tiene bastante de mito, lo cierto es que sus experimentos dieron lugar a la instalación de varillas metálicas en los tejados para proteger los edificios y las vidas de las personas. Desde entonces ya han pasado 270 años y, aunque esta innovación fue perfeccionada con las aportaciones posteriores de Nikola Tesla y otras mejoras, el concepto no ha cambiado: la idea es colocar lo más alto posible un mástil metálico para atraer los rayos y conducir la descarga eléctrica a la tierra, evitando daños.
El invento es simple y eficaz, pero la tecnología moderna está a punto de revolucionarlo, al menos, en el campo de la experimentación. La revista Nature Photonics publicó los resultados de un proyecto casi increíble: un grupo internacional de científicos ha probado con éxito en el monte Säntis, que supera los 2.500 metros de altitud en los Alpes suizos, que un rayo láser dirigido al cielo es capaz de atraer y reconducir los rayos de las tormentas, generando una especie de pararrayos virtual.
La pregunta es evidente: si el sistema actual lleva siglos salvando vidas, ¿por qué es necesario seguir buscando alternativas? En realidad, los mástiles metálicos solo protegen de los efectos directos del impacto, pero tienen otros problemas. Al atraer la descarga eléctrica pueden tener efectos colaterales graves, como la interferencia electromagnética y el aumento de la tensión en dispositivos y electrodomésticos. Por eso, el proyecto Laser Lightning Rod (LLR) pretende ser el primer paso para desarrollar nuevos métodos de protección en infraestructuras críticas, como centrales eléctricas, rascacielos, plantas químicas o aeropuertos.
¿En qué consiste exactamente este pararrayos láser? Los resultados que se publican ahora corresponden a experimentos realizados en verano de 2021, liderados por Aurélien Houard, físico del Laboratorio de Óptica Aplicada de la École Polytechnique de Francia. El sistema instalado en el monte Säntis, de nueve metros y cinco toneladas, es un láser de teravatios de alta repetición que dispara hasta mil veces por segundo. En una zona de especial actividad tormentosa, los científicos registraron en poco tiempo cuatro descargas de rayos desviadas con este sistema. Uno de los impactos fue grabado directamente por cámaras de alta velocidad, lo que sirvió para demostrar que seguía la trayectoria del láser durante más de 50 metros. Además, otras tecnologías corroboraron el éxito, a través de la detección de ráfagas de rayos X en el momento de los impactos y de ondas electromagnéticas de alta frecuencia.
Aunque no ha participado en este trabajo, Carlos Hernández García, científico del Grupo de Investigación en Aplicaciones del Láser y Fotónica de la Universidad de Salamanca, explica en declaraciones a Teknautas que este trabajo se basa en el fenómeno de filamentación. “Cuando focalizas en la atmósfera estos láseres intensos, consigues crear un filamento de luz, es decir, propagar un pulso a largas distancias sin que se modifiquen sus propiedades”, comenta. De hecho, puede tener muchas aplicaciones, pero en este caso, se trata de “crear canales en la atmósfera para atraer las descargas eléctricas, una manera de controlar por dónde viajan los rayos”. En su opinión, los resultados son bastante convincentes y muestran que es posible guiar los rayos de esta forma.
Los rayos son uno de los fenómenos naturales más violentos sobre la superficie terrestre, ya que en un instante generan millones de voltios, cientos de miles de amperios y temperaturas de decenas de miles de grados. Influir en ese evento y guiarlo utilizando un láser de muy alta potencia es “una idea un poco descabellada”, reconoce Aurélien Houard, “pero no es nueva, se remonta casi a los inicios del láser, en los años sesenta y setenta”. Los investigadores sabían que en teoría era posible, pero la ejecución práctica no había logrado muchos éxitos hasta ahora, ya que técnicamente era un reto muy complejo.
Un desafío tecnológico
Jean Pierre Wolf, científico de la Universidad de Ginebra, lleva más de dos décadas trabajando en este campo y es otro de los responsables de la investigación. “Hasta la década de los 2000 no tuvimos láseres lo suficientemente intensos como para ionizar el aire, primero a escala de laboratorio y luego en instalaciones específicas”, explica. Los primeros experimentos se realizaron en Alemania con un simulador de rayos. “Nos dimos cuenta de que ajustando los parámetros del láser podríamos guiar perfectamente la descarga a lo largo de la trayectoria del láser”, explica. Sin embargo, los primeros ensayos reales, que se llevaron a cabo en Nuevo México (EEUU) resultaron un fracaso.
“El problema era que el láser que teníamos era muy intenso y emitía disparos en periodos de tiempo muy cortos, pero no eran muy frecuentes, solo 10 por segundo”, comenta. Así, que el proyecto LLR requería desarrollar un láser completamente nuevo. El reto les llevó más de tres años, pero lograron un sistema que combina varios parámetros de vanguardia en cuanto a potencia, energía y duración del pulso láser. Para conseguirlo, la instalación debía contar con la tecnología más sofisticada, sufragada con fondos europeos, y grandes dimensiones.
El lugar tampoco podía ser cualquiera. En lo alto del pico Säntis se sitúa una torre de telecomunicaciones de 123 metros de altura, una estructura singular que es alcanzada por rayos alrededor de un centenar de veces cada año, lo cual garantizaba poder realizar los experimentos. “El problema es que los rayos son un fenómeno aleatorio. Nunca se sabe dónde y cuándo caerán a pesar de que cada segundo caen 50 sobre la superficie de la Tierra”, comenta Farhad Rachidi, profesor de la Escuela Politécnica Federal de Lausana y también firmante del artículo.
Los científicos monitorizaron el lugar durante una década, midiendo los impactos de los rayos sobre la torre e instalando varias estaciones más a su alrededor. Sin embargo, a la hora de instalar el láser el desafío era inédito, por tratarse de una zona de alta montaña. Generalmente, los investigadores trabajan con este tipo de tecnología en laboratorios con condiciones de temperatura, humedad y limpieza perfectamente controladas. Aquí ocurría todo lo contrario, así que fue necesario preparar muchos sistemas de protección (aprovechando la infraestructura preexistente de la torre de telecomunicaciones) para evitar que los espejos se movieran y la alineación no fuera la correcta.
Una vez completada la instalación, la experimentación se llevó a cabo solo tres meses de campaña, tiempo más que suficiente para que la cantidad de datos recogidos haya sido “colosal”, según los investigadores. “El análisis es la mayor parte del trabajo”, afirma Aurélien Houard, no solo por la cantidad de datos, sino porque a menudo los eventos casi se solapan, con rayos que caen sobre la torre y en las inmediaciones. Una de las claves está en comparar lo que sucede cuando cae el rayo con láser y sin láser, pero el efecto que produce esta nueva tecnología es lo más interesante para los expertos.
La foto que capta uno de los rayos es reveladora, pero además, el análisis del resto de los registros y la reconstrucción en 3D de ese evento que recoge el artículo científico no deja lugar a dudas: el rayo fue influenciado por el láser, desviándolo con éxito decenas de metros. “No imaginamos que funcionaría desde el primer momento”, reconoce el líder del trabajo. “Llevamos 20 años persiguiendo esta imagen”, añade.
