Las próximas décadas de exploración espacial verán a los astronautas regresar a la Luna, las primeras misiones tripuladas a Marte y misiones robóticas al Sistema Solar exterior (entre otras cosas). Estas misiones aprovecharán tecnologías innovadoras que permitan tránsitos más rápidos, estancias de larga duración y una vida sostenible lejos de la Tierra. Con este fin, la NASA y otras agencias espaciales están investigando aplicaciones nucleares, especialmente en lo que respecta a la energía y la propulsión. Muchas de estas propuestas han estado en los libros desde la era espacial temprana y han sido validadas a fondo.
El martes 24 de enero, la NASA y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) anunciaron que estaban lanzando un acuerdo interinstitucional para desarrollar un concepto de propulsión nuclear-térmica (NTP). El cohete nuclear propuesto se conoce como Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO), que permitiría misiones de tránsito rápido a Marte (semanas en lugar de meses). Este programa de tres fases culminará con una demostración del DRACO en órbita, que se espera que ocurra a principios de 2027.
Desde principios de la era espacial, la NASA y otras agencias espaciales han considerado múltiples propuestas para naves espaciales nucleares. Estos se pueden agrupar en dos categorías: propulsión nuclear térmica y nuclear-eléctrica (NTP/NEP). Para NTP, un reactor nuclear calienta propulsor de deuterio o tritio (hidrógeno-2 o -3) para crear plasma, que luego se canaliza a través de boquillas para generar empuje. En un cohete NEP, un reactor alimenta un propulsor de efecto Hall que ioniza gas inerte (como el xenón) y lo acelera para generar empuje. Mientras que NEP ofrece un impulso específico más alto (Isp) o períodos más largos de empuje, NTP ofrece un mayor empuje.
En los últimos años se han hecho varias propuestas para sistemas NTP que podrían reducir los tiempos de tránsito a Marte a menos de 100 días, ¡algunos tan solo 45 días! Tener una tecnología de transporte más rápida y eficiente es fundamental para las misiones tripuladas a Marte y es consistente con los objetivos de la Luna a Marte de la NASA. Usando cohetes convencionales, viajar a Marte llevaría de seis a nueve meses, y las misiones solo pueden lanzarse cada 26 meses (coincidiendo con una Oposición de Marte). Durante estos tránsitos, los astronautas estarán expuestos a niveles elevados de radiación solar y cósmica.
También pasarán todo el período en microgravedad, lo que afecta gravemente la fisiología humana. Por último, los viajes más largos requieren más suministros y espacio de almacenamiento, que es limitado a bordo de la nave espacial Orion, que actúa como sala de mando, dormitorio y comedor para su tripulación. Un sistema de propulsión más potente permite naves espaciales más grandes que pueden acomodar cargas útiles científicas más grandes y proporcionar más potencia para la instrumentación y la comunicación. Como dijo el administrador Bill Nelson en un reciente comunicado de prensa de la NASA:
“La NASA trabajará con nuestro socio a largo plazo, DARPA, para desarrollar y demostrar tecnología avanzada de propulsión térmica nuclear a partir de 2027. Con la ayuda de esta nueva tecnología, los astronautas podrían viajar hacia y desde el espacio profundo más rápido que nunca, como preparación para misiones tripuladas a Marte. Felicitaciones tanto a la NASA como a DARPA por esta emocionante inversión, mientras encendemos el futuro juntos”.
Según el acuerdo, la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial (STMD) de la NASA liderará el desarrollo técnico del motor térmico nuclear, que se integrará con la nave espacial construida por DARPA. DARPA liderará el programa general como autoridad contratante, supervisando la integración y adquisición de sistemas de cohetes, aprobaciones, programación y otras consideraciones. La NASA y DARPA colaborarán en el ensamblaje del motor antes de la demostración en el espacio a partir de 2027. Dijo la directora de DARPA, la Dra. Stefanie Tompkins:
“DARPA y la NASA tienen una larga historia de colaboración fructífera en el avance de tecnologías para nuestros respectivos objetivos, desde el cohete Saturno V que llevó a los humanos a la Luna por primera vez hasta el servicio robótico y el reabastecimiento de combustible de los satélites. El dominio espacial es crítico para el comercio moderno, el descubrimiento científico y la seguridad nacional. La capacidad de lograr avances en la tecnología espacial a través del programa de cohetes térmicos nucleares DRACO será esencial para transportar material a la Luna de manera más eficiente y rápida y, eventualmente, personas a Marte”.
Para la NASA, los esfuerzos anteriores para desarrollar tecnologías nucleares para la exploración espacial incluyen el motor nuclear para aplicaciones de vehículos cohete (NERVA), que se probó con éxito en 1964 y 1969. Los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) se probaron en el espacio desde 1961 y formaron parte de experimentos de superficie de las misiones Apolo. Desde entonces, los generadores termoeléctricos de radioisótopos multimisión (MMRTG) han impulsado sondas robóticas como las misiones Viking, Voyager, Galileo, Cassini y New Horizons, y los rovers Curiosity y Perseverance.
La NASA, el Departamento de Energía (DOE) y socios comerciales e industriales también están trabajando para realizar tecnologías nucleares para múltiples perfiles de misión. Esto incluye el proyecto Fission Surface Power de la NASA, que amplía su proyecto Kilopower Reactor Using Sterling Technology (KRUSTY) para desarrollar reactores nucleares que podrían impulsar misiones de larga duración en la Luna, Marte y más allá. En junio, la NASA y el DOE otorgaron tres esfuerzos de diseño comercial para desarrollar conceptos de plantas de energía nuclear que podrían usarse en la superficie de la Luna y, más tarde, en Marte.
Este año, el programa de Conceptos Avanzados Innovadores (NIAC) de la NASA otorgó contratos de Fase I a múltiples tecnologías nucleares propuestas. Estos incluyen un reactor híbrido de fusión/fisión rápida que impulsaría una misión a Europa, un motor nuclear-térmico que podría permitir misiones a Marte en solo 45 días y una batería nuclear en miniatura que podría permitir misiones CubeSat al Sistema Solar exterior. Dijo Jim Reuter, administrador asociado de STMD.
“Con esta colaboración, aprovecharemos nuestra experiencia adquirida en muchos proyectos anteriores de propulsión y energía nuclear espacial. Los recientes avances en ingeniería y materiales aeroespaciales están permitiendo una nueva era para la tecnología nuclear espacial, y esta demostración de vuelo será un logro importante para establecer una capacidad de transporte espacial para los viajes Tierra-Luna”.
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Artículo con fines divulgativos basado en el artículo original en Inglés.
Créditos: Matt Williams, Universe Today
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