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Viaje al espacio profundo con la tecnología nuclear del futuro

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La energía nuclear ha impulsado los cohetes durante décadas, pero la tecnología tiene que mejorar para que las naves espaciales viajen más lejos y más rápido. La creación de un potente reactor de fisión o el desarrollo de un motor de fusión son algunos proyectos en marcha para acelerar la exploración espacial

  • por Erin Winick | traducido por Ana Milutinovic
  • 25 Marzo, 2019

El año pasado, la sonda Voyager 2 finalmente logró alcanzar el espacio interestelar después de viajar más de 18.000 millones de kilómetros. Esta histórica misión ha sido posible gracias a la energía nuclear, la tecnología que ha impulsado a las naves espaciales durante décadas.

Las naves espaciales como las dos Voyager funcionan con generadores termoeléctricos de radioisótopos o RTG. Estos motores se basan en el hecho de que las sustancias radiactivas liberan calor cuando se desintegran. Al convertir en electricidad el calor generado por la desintegración del plutonio-238 (P-238), las naves siguen avanzando mucho más allá de que los rayos del sol se conviertan en un destello distante.

Pero los RTG también tienen unos límites. Si queremos enviar naves espaciales o seres humanos más lejos, más rápido y más a menudo, no podemos seguir dependiendo de las mismas tecnologías nucleares de hace décadas. ¿Cómo podemos ampliar nuestro alcance?

Vídeo: Laboratorio Nacional Oak Ridge, Departamento de Energía de EE. UU. 

Lo que está pasando ahora

Las reservas de plutonio-238 se están acabando. La cantidad original se creó en EE. UU. como un derivado del plutonio 239 que se usaba en la construcción de armas nucleares durante la Guerra Fría. Para seguir explorando, la NASA necesita mucho más.

El Laboratorio Nacional de Oak Ridge (EE. UU.) se encargó de fabricarlo en 2012. Fue un lento proceso manual para hacer solo unos pocos gramos. Pero el mes pasado, los investigadores de Oak Ridge anunciaron que por fin habían encontrado una forma de automatizar y aumentar la producción de gránulos de neptunio y aluminio necesarios para fabricar P-238. Los gránulos se transforman en el precioso P-238 al presionarlos y encerrarlos en tubos de aluminio e irradiarlos posteriormente en un reactor.  

La creación de estos gránulos fue el mayor obstáculo en el proceso y sacar a los humanos fuera de la ecuación requirió mucha experimentación. "En la mayoría de los trabajos nucleares, es probar y observar", dice el director del programa Bob Wham. "Lo diseñamos, tenemos en cuenta muchos factores de seguridad en el diseño, lo hacemos, y vemos si funciona según lo esperado". Después de años de trabajo en la automatización de la medición y de la fabricación, funcionó.

Este laboratorio ahora produce 50 gramos de P-238 al año, pero espera llegar pronto a los 400 gramos anuales. Creen que dentro de dos años serán capaces de alcanzar el objetivo anual de la NASA de 1,5 kg. Cuanto más P-238 tengamos, más misiones podremos enviar al espacio profundo. 

Pequeños pasos para el hombre

La NASA también ha estudiado la fabricación de RTG más eficaces denominados eMMRTG o los mejorados RTG de múltiples misiones. Pero para realmente dar un gran paso hacia adelante, es necesario buscar algo nuevo. "Con el tiempo necesitaremos sistemas de mayor potencia. Solo la fisión puede proporcionar eso en cualquier tipo de escenario a corto plazo", sostiene el investigador del Laboratorio Nacional Los Álamos, David Poston.

Fuente: NASA

Poston es el diseñador jefe de reactores de Kilopower, un prototipo de reactor de fisión que la NASA probó con éxito el año pasado. Podría proporcionar energía durante largas misiones, posiblemente incluso para viajes interplanetarios de los humanos. "Hemos simplificado las cosas en el desarrollo para hacerlo más viable", explica Poston. "Hemos tenido muchos programas de reactores espaciales en los últimos 30 años, pero todos han fracasado. Sobre todo porque se volvieron demasiado caros". Kilopower actualmente tiene la capacidad de 4 kilovatios, pero los investigadores esperan alcanzar los 10 kW.

Saltos gigantes

Hace tiempo que existen muchos castillos en el aire sobre los proyectos nucleares, incluyendo la posibilidad de explotar bombas atómicas en la parte trasera de la nave espacial en lo que se llama la propulsión nuclear de pulso (probablemente sea capaz de detectar los problemas prácticos que conlleva). Pero algunas personas todavía están trabajando en hacer realidad esas ideas tan disparatadas.

Uno de esos equipos está en Princeton Satellite Systems, que busca generar megavatios de energía mediante la fusión nuclear. Sí, hemos pasado de vatios a kilovatios y a megavatios. Probablemente esté familiarizado con la fusión: ocurre en el cielo todos los días gracias al Sol. La fusión genera varias veces la cantidad de energía que crea la fisión, pero es difícil controlarla. 

Princeton Satellite Systems está desarrollando un motor de fusión directa, que utiliza campos magnéticos para generar corriente en plasma y calentarla hasta los 1.000 millones de °C. El equipo afirma que, el empuje que la máquina, de tamaño de una pequeña furgoneta, produciría teóricamente reduciría los tiempos de viaje entre los sistemas solares en más de la mitad (los viajes a Plutón llevarían unos cuatro años en lugar de nueve) incluso con energía de sobra.

Fuente: Laboratorio Nacional Oak Ridge, Departamento de Energía de EE. UU. 

"Si queda energía de sobra al llegar allí, se pueden hacer muchos experimentos realmente fantásticos", explica el físico de la empresa, Charles Swanson. "Una de las cosas más geniales que hizo la nave Cassini fueron las imágenes de radar de la luna Titán en Saturno. Pero el radar consume mucha energía y eso lo ha limitado. Contar con un megavatio de potencia ofrece más opciones".

La compañía ha recibido una gran cantidad de fondos de la NASA y del Departamento de Energía de EE. UU., por lo que parece que alguien cree que esta hazaña podría funcionar. Pero seamos honestos: no sucederá pronto, ni siquiera a lo largo de nuestras vidas. La fusión nuclear aún se encuentra en las primeras etapas de investigación aquí en la Tierra.

Pese a ello, es divertido imaginar lo que se podría lograr. Podría ser el salto que necesitamos para acelerar nuestros viajes a otros planetas y más allá.

 

 

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