La NASA reinicia su programa de cohetes termonucleares

Concepto artístico de un cohete nuclear bimodal en órbita baja. Créditos: NASA

En su búsqueda de misiones que lleven al hombre de nuevo a la Luna, a Marte y más allá, la NASA ha estado explorado un número de conceptos de propulsión de nueva generación. Aunque los conceptos existentes tienen sus ventajas, como los cohetes químicos que exhiben alta densidad de energía o como los cohetes iónicos que son muy eficientes respecto a su uso de combustible, el cumplimiento de nuestras expectativas para el futuro dependerá de nuestra capacidad de encontrar alternativas que combinen eficiencia y potencia.

Para esta finalidad, investigadores del Centro Espacial Marshall de la NASA están nuevamente buscando desarrollar cohetes nucleares. Como parte del programa Game Changing Development (Desarrollo para cambiar las reglas del juego), el proyecto de Propulsión Termo Nuclear -NTP por sus siglas en inglés- buscará la creación de un cohete de alta eficiencia que sería capaz de usar menos combustible para llevar cargas pesadas a planetas distantes, en un tiempo relativamente corto.

Como Sonny Mitchell dijo en un comunicado de prensa de la NASA publicado recientemente:

“A medida que avanzamos hacia los límites del sistema solar, la propulsión nuclear podría ser la única opción tecnológicamente viable para extender el alcance del hombre a la superficie de Marte y a los mundos más allá. Estamos emocionados de estar trabajando en tecnologías que podrían abrir la exploración humana del espacio profundo”.

Reactores nucleares, como el de esta imagen, están siendo considerados por el centro espacial Marshall de la NASA para futuras misiones. Créditos: NASA

Para este proyecto, la NASA ha establecido una asociación con BWX Technologies, una compañía de energía y tecnología establecida en Virginia, EE.UU., que actualmente es el proveedor líder de componentes nucleares del gobierno estadounidense. Para asistir a la NASA en el desarrollo de reactores nucleares que podrían llevar misiones tripuladas a Marte, una de las ramas de dicha compañía (BWXT Nuclear Energy, Inc.) recibió un contrato de tres años por un valor de $18.8 millones de dólares.

Durante los tres años en los que trabajarán con la NASA, BWXT proveerá los datos técnicos y de programación para implementar la tecnología del proyecto NTP. Específicamente, su parte consistirá en la fabricación y las pruebas de prototipos de elementos combustibles, adicionalmente ayudarán a la NASA a resolver cualquier requerimiento de licencia o de regulación asociado con la tecnología nuclear. BWXT también ayudará a los planificadores de la NASA en el direccionamiento de problemas de factibilidad técnica y económica.

Como Rex D. Geveden, Presidente y CEO de BWXT, dijo acerca del acuerdo:

“BWXT está extremadamente satisfecho de estar trabajado con la NASA en este emocionante proyecto nuclear del programa espacial que apoyará la misión a Marte. Estamos singularmente calificados para el diseño, desarrollo y manufactura del reactor y el combustible un cohete nuclear. Este es un tiempo oportuno para pivotear nuestras capacidades en el mercado espacial ya que en él vemos un crecimiento a largo plazo de la propulsión nuclear y de la potencia nuclear superficial”.

En un cohete NTP, reacciones de uranio y deuterio son usadas para calentar hidrógeno líquido dentro de un reactor, dicho hidrógeno es convertido en un gas ionizado (plasma) que posteriormente es canalizado a través de una tobera para generar empuje. Un segundo posible método de aprovechar la energía nuclear, conocido como propulsión nuclear eléctrica (NEC por sus siglas en inglés), implica el uso del mismo reactor, sin embargo, la energía desprendida de la reacción es convertida a energía eléctrica que, a su vez, le da movimiento a un motor eléctrico.

En ambos casos, la potencia generada depende de la fusión nuclear para generar propulsión, en vez de propulsores químicos, quienes han sido los pilares de la NASA y de todas las otras agencias espaciales hasta la fecha. Comparada con esta forma tradicional de propulsión, ambos métodos nucleares ofrecen un gran número de ventajas. El primero y más obvio es la densidad de energía virtualmente ilimitada que ofrecen en comparación con los combustibles de los cohetes tradicionales.

Esto podría disminuir la cantidad total de propelente necesitado, de esta manera se disminuye el peso en el lanzamiento y el coste de las misiones individuales. Un motor nuclear más potente significaría una reducción de los tiempos de viaje, de igual manera. La NASA ha estimado que un sistema NTP podría hacer que el viaje a Marte dure cuatro meses en vez de seis, lo que reduciría la cantidad de radiación a la que estarían expuestos los astronautas a lo largo de su viaje.

Para ser justos, el concepto de usar cohetes nucleares para explorar el universo no es nuevo. De hecho, la NASA ha explorado la posibilidad del uso de propulsión nuclear extensivamente a través de su Oficina de Propulsión Nuclear Espacial, la SNPO (por sus siglas en inglés). De hecho, entre 1959 y 1972, la SNPO condujo 23 pruebas con reactores en la Estación de Desarrollo de Cohetes Nucleares en el sitio de pruebas de la AEC en Jackass Flats, Nevada.

En 1963, el SNPO también creó el programa de Motores Nucleares para Aplicaciones Vehiculares de Cohetes (NERVA), su finalidad era desarrollar la propulsión termonuclear para misiones tripuladas de largo alcance hacia la Luna y hacia el espacio interplanetario. Esto llevó a la creación del NRX/XE, un motor termonuclear, el cual la SNPO certificó que cumpliría los requerimientos para una misión tripulada a Marte.

Concepto artístico de un cohete nuclear bimodal disminuyendo velocidad y estableciendo una órbita alrededor de Marte. Créditos: NASA.

La Unión Soviética llevó a cabo estudios similares durante los años sesentas, esperando usar sus resultados para las etapas superiores de su cohete N-1. A pesar de estos esfuerzos, los cohetes no nucleares nunca entraron en servicio debido a la combinación de diferentes factores: cortes de presupuesto, pérdida de interés del público y en general una diminución del interés en la carrera espacial después de que la misión Apollo se completó.

Sin embargo, dado el interés actual en la exploración espacial y a una misión ambiciosa propuesta para ir a Marte y más allá, parece que los cohetes nucleares podrían finalmente ser puestos en servicio. Una idea popular que está siendo considerada es un cohete multietapa que podría usar ambos tipos de propulsores, nucleares y químicos, un concepto conocido como cohete espacial bimodal. Uno de los principales proponentes de esta idea es el Dr. Michael G. Houts del Centro Espacial Marshall.

En el 2014, Dr. Houts realizó una presentación en la que explicó cómo los cohetes bimodales (y otros conceptos nucleares) representaban “tecnologías que cambiarían las reglas de juego de la exploración espacial”. Como ejemplo, explicó cómo el Space Launch System (SLS), una tecnología fundamental en la misión propuesta por la NASA para ir a Marte, podría ser equipado con un cohete químico en la etapa inferior y un motor termonuclear en la etapa superior.

De esta manera, el motor nuclear se mantendría ‘frío’ hasta que el cohete haya llegado a órbita terrestre, en este punto la etapa superior sería activada junto con el reactor nuclear para generar impulso. Otros ejemplos citados en el reporte incluyen satélites de largo alcance que podrían explorar las partes más lejanas del Sistema Solar y el cinturón de Kuiper.

Hacia septiembre de 2019 se espera que el proyecto de propulsión termonuclear tenga resultados sobre la factibilidad del uso de un combustible de uranio enriquecido. Después de esto, el proyecto usará un año para las pruebas y refinamiento de la manufactura de los elementos necesarios para el uso del combustible nuclear. Si todo se realiza adecuadamente, podríamos esperar que la misión que llevará tripulación a Marte incorpore algunos motores nucleares.

Fuente: Universe Today