Durante los próximos quince años, varias agencias espaciales y sus socios comerciales tienen la intención de montar misiones tripuladas a la Luna y Marte. Además de colocar «huellas y banderas» en estos cuerpos celestes, hay planes para establecer la infraestructura que permita una presencia humana a largo plazo. Para cumplir con estos requisitos de la misión y garantizar la seguridad de los astronautas, actualmente se están investigando y desarrollando varias tecnologías.

En esencia, estas tecnologías tratan de lograr la autosuficiencia en términos de recursos, materiales y energía. Para garantizar que estas misiones tengan toda la energía que necesitan para realizar operaciones, la NASA está desarrollando el sistema Fission Surface Power (FSP) que proporcionará un suministro de electricidad seguro, eficiente y confiable. Junto con células solares, baterías y pilas de combustible, esta tecnología permitirá misiones a largo plazo a la Luna y Marte en un futuro próximo.

Para la NASA, tener reactores de fisión para operaciones en la superficie lunar es una parte vital del Programa Artemis, que tiene como objetivo crear un programa de «exploración lunar sostenida». Esto significa que se requiere infraestructura, como el Lunar Gateway (donde las naves se acoplarán y reabastecerán) y el Campamento base Artemis en la superficie, donde los astronautas comerán, harán ejercicio y dormirán cuando no realicen actividades extravehiculares (EVA), es decir, operaciones en la superficie.

Impresión artística del reactor de fisión Kilopower en la Luna. Créditos: NASA / JPL-Caltech

Esta base requerirá una cantidad considerable de electricidad para que los astronautas puedan recargar rovers, realizar experimentos y producir agua, combustible, materiales de construcción y oxígeno utilizando los recursos naturales de la Luna, un proceso conocido como Utilización de recursos in situ (ISRU). Jim Reuter es el administrador asociado de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial (STMD) de la NASA, que financia el proyecto de energía de superficie de fisión.

«La energía abundante será clave para la exploración espacial futura», dijo en un comunicado de prensa de la NASA. «Espero que los sistemas de energía de superficie de fisión beneficien en gran medida nuestros planes de arquitecturas de energía para la Luna y Marte e incluso impulsen la innovación para usos aquí en la Tierra». El concepto se basa en el proyecto Kilopower de la NASA, un esfuerzo por crear un sistema de fisión pequeño y liviano que podría proporcionar hasta 10 kilovatios (kW) de energía de forma continua durante al menos diez años.

El proyecto concluyó en marzo de 2018 con la finalización con éxito del demostrador Kilopower Reactor Using Stirling Tech (KRUSTY). Este prototipo consistía en un núcleo de reactor sólido de uranio 235 fundido (aproximadamente del tamaño de un rollo de papel toalla) y tubos de calor de sodio pasivos que transfieren el calor generado por reacciones de fisión lentas a motores Stirling de alta eficiencia, que convierten el calor en electricidad. .

Sobre la base de este éxito, la NASA se ha asociado desde entonces con el Departamento de Energía de EE. UU. (DoE), a través del Laboratorio Nacional de Idaho (INL) operado por Battelle Energy Alliance, para desarrollar el FSP inspirado en Kilopower para el Programa Artemis. Esto culminará con una demostración de tecnología, programada tentativamente para principios de la década de 2030, en la que se enviará un prototipo de reactor a la Luna para probar sus capacidades en condiciones lunares.

Concepto artístico de un sistema de energía de superficie de fisión en Marte. Créditos: NASA

Como explicó Todd Tofil, gerente de proyectos de FSP en el Centro de Investigación Glenn de la NASA:

“La NASA y el DOE están colaborando en este importante y desafiante desarrollo que, una vez completado, será un paso increíble hacia la exploración humana a largo plazo de la Luna y Marte. Aprovecharemos las capacidades únicas del gobierno y la industria privada para proporcionar energía confiable y continua que es independiente de la ubicación lunar «.

El 19 de noviembre, la NASA y el Departamento de Energía emitieron una solicitud a las empresas estadounidenses para los conceptos de diseño de un sistema de energía de fisión que podría estar listo para lanzarse dentro de una década para una demostración en la Luna. Como se indica en los documentos de licitación, el FSP debe constar de “un núcleo de reactor alimentado con uranio, un sistema de conversión de energía (PCS), un sistema de gestión térmica y un sistema de distribución y gestión de energía (PMAD) que tenga la capacidad de proporcionar no menos de 40 kilovatios de energía eléctrica continua en la interfaz de usuario al final de su vida útil «.

Junto con los métodos convencionales, los reactores de fisión compactos y livianos se consideran ideales para proporcionar electricidad para la exploración lunar. Para empezar, los sistemas de fisión son confiables, capaces de operar continuamente en los cráteres permanentemente sombreados que salpican la cuenca Aitken del Polo Sur de la Luna. Durante las noches lunares (que duran 14 días terrestres), la energía solar no está disponible en gran medida, lo que hace que los reactores sean muy deseables.

El sistema que prevé la NASA proporcionará al menos 40 kilovatios (kW) de energía, suficiente para alimentar continuamente 30 casas aquí en la Tierra durante diez años. Gracias a la maduración de la tecnología, los sistemas de energía nuclear también se pueden escalar para crear sistemas compactos y livianos. Esto es clave para cumplir con el requisito de la misión Artemis de la NASA para sistemas de energía capaces de operar de forma autónoma desde la cubierta de un módulo de aterrizaje lunar o un rover de superficie lunar.

Nuclear-powered transit habitat
La concepción de un artista muestra un hábitat de tránsito de Marte con un sistema de propulsión nuclear. Créditos: NASA

Configurado así, un sistema como el FSP podría proporcionar suficiente energía para sostener una base lunar y (en las próximas décadas) un puesto de avanzada en Marte. En Marte, las variaciones estacionales conducen a tormentas de polvo que a veces pueden crecer lo suficiente como para abarcar todo el planeta y durar meses. En momentos como este, la energía solar no es fiable, y la energía eólica, las baterías y las celdas de combustible solo pueden cubrir una parte del consumo requerido.

Otra ventaja de esta investigación es cómo ayudará en el desarrollo de sistemas de propulsión nuclear que dependen de reactores para generar energía. Estos incluyen tecnologías de propulsión nuclear-térmica y nuclear-eléctrica (NTP / NEP), que podrían acortar el tiempo de viaje a Marte a solo 100 días. Aquí también, la NASA ha estado investigando la tecnología durante décadas, con resultados muy alentadores (por ejemplo, el reactor NERVA).

Durante los próximos doce meses, la NASA y el DOE seleccionarán empresas estadounidenses competidoras para desarrollar diseños iniciales. Estos informarán una solicitud de la industria para el diseño final y la construcción de sistemas de energía de fisión calificados para vuelo el próximo año. Los finalistas de esta fase tendrán sus diseños terminados compitiendo por una misión de demostración a la Luna. Si todo va bien, las operaciones de superficie en la Luna y Marte nunca tendrán que preocuparse por que se apaguen las luces.

Artículo con fines divulgativos basado en el artículo original en Inglés.
Créditos: Matt Williams, Universe Today
Salvo indicación contraria este trabajo está licenciado por el autor bajo la licencia International Creative Commons Attribution 4.0

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