Representación de cohete con motor de fusión nuclear
Cohetes nucleares y combustible en aerogel: el plan de la NASA para viajar entre planetas
Positron Dynamics y la NASA trabajan en un nuevo concepto de motor nuclear que emplea el aerogel como contención del combustible radiactivo.
24 febrero, 2023 02:44Las misiones espaciales de largo recorrido necesitan sistemas de propulsión acordes a sus necesidades. Gran autonomía y estabilidad que permita funcionar durante meses, años e incluso lustros. De entre todas las alternativas que se están evaluando, la energía nuclear —tan siempre polémica en España— es una de las mejor posicionadas para liderar este tipo de viajes interplanetarios a gran velocidad y a un coste mucho más reducido que los tradicionales motores de combustión.
La NASA, a través de diversos programas, se encuentra detrás de una buena parte de las compañías que están desarrollando este tipo de motores a diferentes escalas. Es el caso de Positron Dynamics, una compañía que se encuentra inmersa en el diseño de un nuevo propulsor de fisión nuclear incorporando algunos sistemas novedosos como un aerogel que pueden solucionar algunos de los problemas propios de este tipo de motores.
"Para hacer frente a la necesidad urgente de soluciones de propulsión avanzada, proponemos el desarrollo de un motor de cohete de fragmentos de fisión nuclear (FFRE)", ha indicado Ryan Weed, cofundador y CEO de Positron Dynamics, en una publicación de la NASA. "Es exponencialmente más eficiente en cuanto a propulsión que los motores de cohete que se utilizan actualmente para propulsar los vehículos espaciales actuales y podría lograr un impulso específico muy alto (superior a 100.000 segundos) a lata intensidad de potencia".
El propulsor definitivo
Según indica Weed, los diseños actuales propuestos de motores FFRE son "prohibitivamente masivos, tienen restricciones térmicas significativas o requieren la implementación de diseños complejos, como la levitación de plasma, que limita la viabilidad a corto plazo".
Este tipo de motorizaciones no son realmente una novedad, las primeras propuestas se publicaron a finales de los años 80. El funcionamiento se basa en aprovechar directamente los productos calientes de la fisión de un material radiactivo para impulsarse. Para lo que existen diferentes métodos.
Aerogel del núcleo del motor de cohete de fragmentos de fisión
A principios de los 2000 se creó un nuevo concepto llamado de FFRE de polvo de plasma. Este último se desarrolló con el fin de simplificar las primeras propuestas y también es la base de trabajo de Positron Dynamics para incorporar sus novedades.
El funcionamiento de un propulsor FFRE es prácticamente calcado al proceso nuclear que se realiza en un reactor situado en tierra firme. La diferencia es que las plantas nucleares terrícolas tan solo generan electricidad y este tipo de motores espaciales tienen que añadir el impulso a la ecuación.
Sin embargo, no es práctico enviar una barra entera de combustible radiactivo de uranio, como el que se usa en los reactores de fisión en la Tierra, al espacio exterior, tal y como recogen en Universe Today. Esto conduce directamente a la primera de las mejoras propuestas por Positron Dynamics.
Plantean incrustar las partículas de combustible fisionable en una matriz de aerogel de densidad ultrabaja para lograr almacenar una masa crítica. A pesar de estar compuesto de entre un 90,5 y un 99,8% de aire, el aerogel mantiene una mínima estructura molecular que le permite mantener cierta rigidez y se postula como el depósito espacial de combustible fisionable perfecto gracias a su extrema ligereza.
Nave espacial con un propulsor de Cohete de Fragmentos de Fisión (FFRE)
La segunda de las propuestas es utilizar los recientes avances en imanes superconductores de alto campo y alta temperatura. El aerogel, por su propia estructura, no puede contener los fragmentos de fisión y es donde entra la aplicación de este tipo de imanes que tanto han avanzado gracias a la investigación de los nuevos reactores de fusión.
"La matriz de aerogel y el potente campo magnético [producido por los imanes superconductores] permiten que los fragmentos de fisión escapen del núcleo mientras aumentan la pérdida de calor por conducción y radiación de las partículas de combustible individuales", comenta Weed. Esta canalización de las partículas de forma ordenada se convierte en un vector de empuje que sirve de propulsión para la nave espacial que lo equipe.
Objetivo: exoplanetas
El concepto de Positron Dynamics se encuentra dentro del programa de Conceptos Avanzados Innovadores de la NASA. También conocido como NIAC, proporcionará un análisis detallado de la misión de tránsito rápido a la Lente Gravitatoria Solar (SGL) para obtener imágenes directas y espectroscopía de alta resolución de un exoplaneta habitable a una distancia de hasta 100 años luz.
"El sistema de propulsión FFRE podría proporcionar la delta-V [la velocidad] para alcanzar la Lente Gravitatoria Solar en menos de 15 años y proporcionar la desaceleración y la capacidad de maniobra allí", comenta Weed. En esa posición, los telescopios podrían construir una imagen del exoplaneta con suficiente resolución para ver las características de su superficie y los signos de habitabilidad. En lugar de ser vistos tan solo como un puñado de píxeles en una imagen.
Nave con motor nucleart
También dentro de la NIAC se encuentra el desarrollo de una tecnología de propulsión térmica nuclear. Se estima que puede llegar a ser entre 2 y 5 veces más eficaz que la propulsión química y que ya se evalúa su integración con un propulsor de energía nuclear eléctrica.
Este 2 en 1 de los motores espaciales sería la combinación perfecta para los viajes interplanetarios. Según los cálculos, se podría llegar a Marte en tan solo 45 días y transportando más de una tonelada de carga. En la integración de estas dos tecnologías está trabajando un profesor de la Universidad de Florida, la propia NASA y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, también conocida como DARPA.
