El 29 de junio marca el 60 aniversario de Transit IV-A, la primera misión espacial de propulsión nuclear. Créditos: NASA / Gayle Dibiasio

Seis décadas después del lanzamiento de la primera misión espacial de propulsión nuclear, Transit IV-A, la NASA se embarca en un futuro audaz de exploración humana y descubrimiento científico. Este futuro se basa en una orgullosa historia de lanzamiento y operación segura de misiones de propulsión nuclear en el espacio.

“La energía nuclear ha abierto el sistema solar a la exploración, lo que nos permite observar y comprender cuerpos planetarios oscuros y distantes que de otro modo serían inalcanzables. Y recién estamos comenzando ”, dijo el Dr. Thomas Zurbuchen, administrador asociado de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. «Los futuros sistemas de propulsión y energía nuclear ayudarán a revolucionar nuestra comprensión del sistema solar y más allá, y desempeñarán un papel crucial para permitir misiones humanas a largo plazo a la Luna y Marte».

Créditos: NASA

Desde sus humildes comienzos: la energía nuclear genera una era de descubrimiento científico

El 29 de junio de 1961, el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins lanzó la nave espacial Transit IV-A. Era un satélite de navegación de la Marina de los EE. UU. Con un generador impulsado por radioisótopos SNAP-3B que producía 2,7 vatios de energía eléctrica, lo justo para encender una bombilla LED. Transit IV-A rompió un récord de duración de misión APL y confirmó que el ecuador de la Tierra es elíptico. También preparó el escenario para misiones pioneras que han extendido el alcance de la humanidad en todo el sistema solar.

Desde 1961, la NASA ha realizado más de 25 misiones con un sistema de energía nuclear a través de una asociación exitosa con el Departamento de Energía (DOE), que proporciona los sistemas de energía y el combustible de plutonio-238.

«El departamento y nuestros laboratorios nacionales asociados tienen el honor de desempeñar un papel en el impulso de las actividades de exploración espacial de la NASA», dijo Tracey Bishop, subsecretaria adjunta de la Oficina de Energía Nuclear del DOE. «Los sistemas de energía de radioisótopos son una extensión natural de nuestra misión principal de crear soluciones tecnológicas que satisfagan las complejas necesidades energéticas de la investigación, la exploración y la innovación espaciales».

Solo hay dos formas prácticas de proporcionar energía eléctrica a largo plazo en el espacio: la luz del Sol o el calor de una fuente nuclear.

«A medida que las misiones se alejan del Sol hacia entornos oscuros, polvorientos y hostiles, como Júpiter, Plutón y Titán, se vuelven imposibles o extremadamente limitados sin la energía nuclear», dijo Leonard Dudzinski, tecnólogo jefe de la División de Ciencias Planetarias y el programa de la NASA. ejecutivo de Radioisotope Power.

Ahí es donde entran en juego los sistemas de energía de radioisótopos, o RPS. Son una categoría de sistemas de energía que convierten el calor generado por la descomposición del combustible de plutonio-238 en electricidad.

“Estos sistemas son confiables y eficientes”, dijo June Zakrajsek, gerente de la oficina del Programa de Sistemas de Energía de Radioisótopos de la NASA en el Centro de Investigación Glenn en Cleveland. “Operan continuamente en misiones espaciales de larga duración independientemente de la luz solar, la temperatura, la radiación de partículas cargadas o las condiciones de la superficie como nubes espesas o polvo. Nos han permitido explorar desde el Sol hasta Plutón y más allá «.

RPS impulsó el paquete de experimentación de la superficie lunar Apollo. Han sostenido a las Voyager 1 y 2 desde 1977, y mantuvieron calientes los instrumentos de Cassini-Huygens mientras exploraba el gélido Saturno y su luna Titán.

Hoy en día, un generador termoeléctrico de radioisótopos de misiones múltiples (MMRTG) impulsa el rover Perseverance, que cautiva a la nación mientras busca signos de vida antigua en Marte, y un solo RTG sostiene a New Horizons mientras se aventura a salir del sistema solar 15 años después de su lanzamiento.

“El RTG fue y sigue siendo crucial para New Horizons”, dijo Alan Stern, investigador principal de New Horizons del Southwest Research Institute. “No podríamos hacer la misión sin él. No existe ninguna otra tecnología para impulsar una misión tan lejos del Sol, incluso hoy «.

Los generadores termoeléctricos de radioisótopos, o RTG, proporcionan energía eléctrica para las naves espaciales al convertir el calor generado por la desintegración del combustible de plutonio-238 (Pu-238) en electricidad utilizando dispositivos llamados termopares. Dado que no tienen partes móviles que puedan fallar o desgastarse, históricamente las RTG se han considerado una opción de energía altamente confiable. Los termopares se han utilizado en RTG durante un tiempo total combinado de más de 300 años, y ni un solo termopar ha dejado de producir energía.

Los termopares son comunes en artículos cotidianos que deben monitorear o regular su temperatura, como acondicionadores de aire, refrigeradores y termómetros médicos. El principio de un termopar involucra dos placas, cada una hecha de un metal diferente que conduce la electricidad. Unir estas dos placas para formar un circuito eléctrico cerrado mientras se mantienen las dos uniones a diferentes temperaturas produce una corriente eléctrica. Cada uno de estos pares de uniones forma un termopar individual. En un RTG, el combustible radioisotópico calienta una de estas uniones mientras que la otra unión permanece sin calentar y es enfriada por el entorno espacial o una atmósfera planetaria.

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El rover del Mars Science Laboratory, Curiosity, tomó este autorretrato, que muestra su generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) en el centro. Créditos: NASA

El modelo RTG actual es el generador termoeléctrico de radioisótopos de misiones múltiples, o MMRTG. Se basa en el tipo de RTG utilizado anteriormente en los dos módulos de aterrizaje Viking y en las naves espaciales Pioneer 10 y 11 (SNAP-19 RTG). Está diseñado para usarse en el vacío del espacio o dentro de la atmósfera de un planeta. El exceso de energía térmica de un MMRTG se puede utilizar como una fuente de calor constante para mantener las temperaturas de funcionamiento adecuadas para una nave espacial y sus instrumentos en entornos fríos.

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Vista separada etiquetada que muestra los componentes principales del MMRTG, o generador termoeléctrico de radioisótopos de misiones múltiples. Créditos de la imagen: NASA.

Grandes cosas por venir: ciencia y exploración humana

Dragonfly, que se lanzará en 2027, es la próxima misión con planes para usar un MMRTG. Como parte del programa New Frontiers de la NASA, Dragonfly es un octocóptero diseñado para explorar y recolectar muestras en la luna más grande de Saturno, Titán, un mundo oceánico con una atmósfera densa y brumosa.

«RPS es realmente una tecnología adecuada», dijo Zibi Turtle de APL, investigador principal de la próxima misión Dragonfly. «Las primeras misiones como la Voyager, Galileo y Cassini que dependían de RPS han cambiado completamente nuestra comprensión y nos han dado una geografía del sistema solar distante … Cassini nos dio nuestro primer vistazo de cerca a la superficie de Titán».

Según Turtle, el MMRTG tiene dos propósitos en Dragonfly: salida de energía para cargar la batería del módulo de aterrizaje y calor residual para mantener calientes sus instrumentos y componentes electrónicos.

“El vuelo es una actividad de muy alta potencia. Usaremos una batería para actividades científicas y de vuelo y recargaremos la batería con el MMRTG ”, dijo Turtle. “El calor residual del sistema de energía es un aspecto clave de nuestro diseño térmico. La superficie de Titán es muy fría, pero podemos mantener el interior del módulo de aterrizaje cálido y acogedor usando el calor del MMRTG ”.

Créditos: NASA

A medida que la comunidad científica continúa beneficiándose de RPS, la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA está invirtiendo en nueva tecnología utilizando reactores y combustible de uranio poco enriquecido para permitir una presencia humana robusta en la Luna y eventualmente misiones humanas a Marte.

Los astronautas necesitarán energía abundante y continua para sobrevivir a las largas noches lunares y explorar los cráteres oscuros del Polo Sur de la Luna. Un sistema de energía de superficie de fisión podría proporcionar suficiente energía para impulsar operaciones sólidas. La NASA está liderando un esfuerzo, trabajando con el DOE y la industria, para diseñar un sistema de energía de fisión para una futura demostración lunar que allanará el camino para los campamentos base en la Luna y Marte.

La NASA también ha pensado en formas viables de reducir el tiempo que lleva viajar a Marte, incluidos los sistemas de propulsión nuclear.

A medida que la NASA avanza en su audaz visión de la exploración y el descubrimiento científico en el espacio, se beneficia de 60 años de uso seguro de la energía nuclear durante los vuelos espaciales. Sesenta años de iluminación que comenzaron con un pequeño satélite llamado Transit IV-A.

Basado en el articulo original en Ingles de Jan Wittry, Centro de Investigación Glenn de la NASA y en la información en Ingles sobre sistemas de energía de la NASA
Editor articulo en Inglés: Bill Keeter 
Créditos : NASA

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