La energía nuclear, clave para futuras misiones espaciales

 

Con la energía nuclear y sus tecnologías relacionadas, las misiones interplanetarias serán más rápidas, eficientes y económicas. Gracias a ello, la humanidad está cada vez más cerca de una nueva era de viajes espaciales a Marte, al sistema solar e incluso más allá.

Estas son algunas de las conclusiones de un panel de expertos internacionales que participaron en el webinar del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA): “Atoms for Space: Nuclear Systems for Space Exploration”.

Los expertos internacionales estuvieron de acuerdo en que es necesario seguir avanzando en la fisión y la fusión nuclear para realizar viajes al espacio profundo (más allá de nuestro sistema solar). La energía nuclear podría suministrar electricidad para los sistemas e instrumentación de a bordo, y también podría hacer posible la presencia humana sostenible en otros planetas del sistema solar.

Los expertos describieron tecnologías que utilizan tanto la fisión como la fusión  nuclear, con tres finalidades principales: la propulsión de naves espaciales, la generación de energía en misiones sobre la superficie extraterrestre y la alimentación eléctrica de los sistemas de a bordo.

En el futuro previsible, las naves lanzadas al espacio seguirán dependiendo de los combustibles fósiles para su propulsión. No obstante, una vez en órbita, los motores nucleares podrían tomar el control y crear propulsión para acelerar la velocidad.

Existen dos tecnologías nucleares clave para la propulsión: la propulsión termonuclear (NTP) y la propulsión electronuclear (NEP).

La propulsión termonuclear consiste en utilizar un reactor de fisión nuclear para calentar un propulsante líquido, como el hidrógeno. El calor convierte el líquido en un gas que se expande a través de una boquilla para generar empuje y propulsar la nave espacial. Una de sus ventajas principales es que los vuelos espaciales necesitarían cargar menos combustible, y los motores NTP harían el viaje más corto. Por ejemplo, un viaje a Marte se reduciría en un 25 % en comparación con los cohetes químicos tradicionales. Además, un tiempo reducido en el espacio también reduce la exposición de los astronautas a la radiación cósmica.

Con la tecnología de propulsión electronuclear, el empuje se produce al convertir la energía térmica de un reactor nuclear en energía eléctrica. Con este tipo de tecnología el impulso es menor pero continuo, y la eficiencia de combustible es mucho mayor. La velocidad aumenta, con una reducción de más del 60 % en el tiempo de tránsito a Marte en comparación con los cohetes químicos tradicionales.

La empresa de naves espaciales Ad Astra Rocket Company está construyendo un sistema NEP: el Cohete de Magnetoplasma de Impulso Específico Variable (VASIMR por sus siglas en inglés). Se trata de una nave de plasma en el que los campos eléctricos se calientan y aceleran un propelente para dar forma a un plasma. Cuando el plasma sale disparado del motor, unos campos magnéticos lo dirigen en la dirección correcta y se genera el impulso. El diseño VASIMR permitiría procesar grandes cantidades de energía a la vez que mantiene la alta eficiencia de combustible que caracteriza a las naves eléctricas.

A corto plazo, indican desde Ad Astra, se prevé utilizar el motor VASIMR para una amplia gama de aplicaciones de alto nivel de energía, desde electricidad solar en el espacio cislunar a la electricidad nuclear en el espacio interplanetario. A más largo plazo, el VASIMR podría ser el precursor de las futuras naves de fusión, que aún están en fase conceptual.

Las naves de fusión como el reactor con Configuración de Campo Invertido (PFRC por sus siglas en inglés) que se desarrolla en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton podrían producir un impulso directo de fusión (DFD), que directamente convierte la energía de las partículas cargadas producidas en las reacciones de fusión en propulsión para la nave espacial. Las posibilidades de la tecnología DFD abren la puerta al espacio interestelar, a las misiones humanas a Marte y a un suministro estable de energía para una futura base lunar, indican desde la empresa Princeton Satellite Systems. Otras ventajas son que tienen un tamaño reducido y que necesitan muy poco combustible. Con tan solo unos pocos kilos se puede impulsar una nave espacial durante diez años.

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