Ilustración de un hábitat de tránsito en Marte con un propulsor nuclear
Cohetes con reactores nucleares, el rompedor sistema para tener las naves espaciales del futuro
La Fuerza Aérea del país norteamericano acaba de adjudicar un contrato a Lockheed Martin para desarrollar un propulsor que utilice esta energía.
10 diciembre, 2023 02:42En las próximas décadas, cuando los prometidos viajes interplanetarios tripulados comiencen a operar como si fueran vuelos comerciales, la energía nuclear tendrá un papel fundamental. Las diferentes agencias espaciales de todo el mundo están confiando en esta tecnología para varios programas de generación eléctrica en la Luna y Marte, así como método para alimentar a los propulsores que llevarán las naves espaciales para recorrer grandes distancias.
Dentro de esta última categoría se encuentra el proyecto JETSON que acaba de aprobar el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de Estados Unidos con el fin de "madurar las tecnologías de propulsión y energía eléctrica nuclear de alta potencia y el diseño de naves espaciales". El contratista de defensa y aeroespacial Lockheed Martin es uno de los participantes en el programa junto con otras dos compañías especializadas en el sector nuclear, SpaceNukes y BWX Technologies.
Actualmente, JETSON se encuentra en una etapa de revisión preliminar dentro de las propias compañías. El siguiente escalón, según explican, es pasar al nivel de revisión de diseño crítico mediante el cual se demuestra la madurez del diseño para su fabricación, ensamblaje, integración y prueba a gran escala.
Modelo de nave espacial con propulsor nuclear
"El desarrollo de la fisión nuclear para aplicaciones espaciales es clave para introducir tecnologías que podrían cambiar drásticamente la forma en la que nos movemos y exploramos la inmensidad del espacio", ha comentado Barry Miles, jefe de programa e investigador principal del equipo de Lockheed Martin en JETSON.
Propulsor nuclear
JETSON utilizará un reactor de fisión —como los que hay actualmente en las centrales nucleares— para generar un calor que luego se transfiere a motores tipo Stirling que producen entre 6 y 20 kWe de potencia eléctrica. Este dato es esencial, porque es aproximadamente cuatro veces la potencia que generan unos paneles solares convencionales y, en este caso, sin necesidad de estar permanentemente iluminados por la luz solar.
El reactor protagonista del programa se basa en gran medida en el diseño y las lecciones aprendidas en un proyecto llevado a cabo por la NASA y la Administración de Seguridad Nuclear del Departamento de Energía estadounidense en el año 2018. "Un futuro experimento de vuelo de JETSON mejorará las capacidades de maniobra y potencia que darán forma a las futuras operaciones de la fuerza espacial", comentó Andy Phelps, director ejecutivo de SpaceNukes, otra de las compañías participantes.
"Estados Unidos no ha hecho volar un reactor al espacio desde 1965", explica Phelps. "Como el primer reactor probado en más de 50 años, le estamos dando a nuestro país un salto técnico tanto terrestre como en órbita, así como la capacidad de expandir la futura exploración espacial".
Esta tecnología tiene el potencial de alcanzar una producción eléctrica mucho mayor que la presente en las naves espaciales alimentadas por paneles solares, que generalmente generan alrededor de 600 W de potencia, el equivalente a 6 bombillas. Según afirman desde Lockheed Martin, para misiones de exploración del espacio profundo que no están tan cerca del Sol o en regiones en sombra, "los subsistemas de propulsión eléctrica nuclear son una gran alternativa".
Uno de los aspectos más delicados de todo lo que rodea a la energía nuclear es la seguridad. En este caso, la propuesta de JETSON es emplear uranio estable en todo el proceso de integración y lanzamiento con el fin de proteger a las personas de cualquier accidente. El proceso de fisión se realizará una vez la nave se encuentre en el espacio establecido en una órbita segura y lejos de la Tierra.
El concepto de motor nuclear térmico DRACO adjudicado en julio Omicrono
El equipo de Lockheed Martin aportará todo su conocimiento en la gestión eléctrica de los propulsores Hall que se utilizan en los satélites LM2100 fabricados por la propia compañía. "Desde el subsistema eléctrico de alta potencia y la propulsión eléctrica hasta la propulsión térmica nuclear o la energía de superficie de fisión, Lockheed Martin se centra en desarrollar estos sistemas con nuestras importantes agencias gubernamentales y socios industriales", ha acotado Miles.
Hace poco más de 3 meses, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa —más conocida como DARPA— adjudicó a la misma compañía un proyecto para diseñar, construir y probar un sistema de propulsión nuclear para el año 2025. Lo hará, además, junto con BWX Technologies que también participa en el programa JETSON para demostrar la viabilidad en viajes interplanetarios.
Salto a la fusión
En este lado del Atlántico, la británica Pulsar se encuentra ya trabajando en su particular propulsor nuclear de fusión. La apuesta por la fusión es muy arriesgada, se trata de una tecnología mucho más compleja que la probada en los reactores de fisión que llevan décadas operando con normalidad.
El motor Direct Fusion Drive (DFD) en el que están trabajando actualmente abre posibilidades sin precedentes para el explorar el sistema solar en un tiempo limitado y con una relación muy alta entre la carta útil y las masas propulsoras. "Es atractivo para misiones largas", indican desde Pulsar. La hoja de especificaciones indica que podría llegar al satélite Titán en menos de un año con una carga a bordo de 10 toneladas. También acortaría el trayecto a Marte a la mitad —unos 3 meses, en lugar de 6— y permitirá realizar misiones fuera del sistema solar.
Representación de cohete con motor de fusión nuclear
Según explican desde la compañía, emplearán la fusión nuclear para generar y confinar un plasma muy caliente dentro de un campo electromagnético. Así consiguen replicar el fenómeno físico y químico que se produce en el interior de las estrellas.
Ese campo será también el responsable de dirigir la energía generada hacia el exterior a través de una tobera. Eso proporcionará velocidades de salida miles de veces más rápidas que los sistemas eléctricos de propulsión actuales. Uno de los grandes desafíos será gestionar el propio plasma, algo en lo que están trabajando actualmente varios grupos de investigadores en todo el mundo.
"El plasma se comporta como un sistema meteorológico en el sentido de que es increíblemente difícil de predecir utilizando técnicas convencionales", apuntó James Lambert, director de operaciones de Pulsar, a Aerospace Testing International. "Los científicos no han podido controlar el plasma turbulento, ya que se caliente a cientos de millones de grados y la reacción simplemente se detiene".
