¿Nos moverá la energía nuclear por el espacio?
Los últimos desarrollos técnicos posibilitan la alimentación eléctrica de sondas espaciales y, de contaminar así, se permite pensar en una revolución de los sistemas de propulsión. Pero, restricciones económicas no permiten continuar con toda labor de investigación y desarrollo. Asimismo estamos capacitados para poder sonar, soñemos. ¿Cómo nos podemos mover por el espacio?
Los paneles solares son la alternativa más ecológica, además presentan una fuente de energía constante. Lo que imposibilita la total eficacia de su funcionamiento es la distancia del sol, es decir, el Sol es su aliado y la distancia a este su enemigo. Requerimientos energéticos altos y operaciones a gran distancia del Sol son las variables que no hacen factible este método de propulsión de satélites.
Otra alternativa, la más empleada actualmente, son los generadores de radioisótopos. Son ingenios que aprovechan el calor generado espontáneamente por la desintegración de materiales radioactivos para transformarlo en electricidad que utilizan para el movimiento de los satélites. El problema surge, de nuevo, cuando la demanda energética es muy elevada.
Parece que la energía nuclear aunque peligrosa, es la mejor elección.
Los reactores nucleares son capaces de producir la energía necesaria para alimentar sondas de espacio durantes años o grandes satélites con numerosos instrumentos.
Además presentan una opción muy interesante: ser empleados como sistema de propulsión. La propulsión nuclear térmica, sustituyendo a la propulsión química convencional. Esta última se basa en la propulsión de gases procedentes de la combustión. En cambio, la propulsión térmica nuclear se basa en el calentamiento de hidrógeno hasta temperaturas tan elevadas que la presión de salida pueda igualar y/o superar el empuje de los gases de la combustión química.
Estados Unidos desde los 60 estudia tanto generación de electricidad como propulsión habiendo construido y probando diversos prototipos.
En el caso de Rusia, la nación más avanzada en la materia, se han desarrollado diversas generaciones operativas de reactores espaciales para producción de electricidad, de entre las cuales cabe destacar el modelo Topaz-II. No obstante, la crítica situación económica que ha estado viviendo Rusia durante los últimos años y de la que sólo ahora parece que empieza a recuperarse tímidamente, ha dificultado sus inversiones en posteriores desarrollos.
Durante los años sesenta y parte de los setenta, Estados Unidos gastó varios miles de millones de dólares en el desarrollo de reactores nucleares espaciales. Desde mediados de los setenta y hasta principios de los ochenta, aparentemente se invirtió muy poco, aunque resulta difícil asegurarlo ya que una parte de las investigaciones realizadas tiene carácter secreto.
Entre fines de los ochenta y principios de los noventa, se produjo una cancelación generalizada de programas nucleares estadounidenses. El reactor SP-100, en cuyo desarrollo se invirtieron entre 1983 y 1993 unos 450 millones de dólares, fue paralizado.
El proyecto Timberwind, al cual se dedicaron 200 millones de 1987 a 1993, también sufrió un parón total. Igual o parecida suerte corrieron otros programas en los que se gastaron millones de dólares, y que se vieron cancelados o ralentizados.
Los recortes presupuestarios han hecho peligrar incluso la marcha normal de la fabricación de generadores de radioisótopos, cuyo combustible habitual (plutonio) ha llegado a escasear en Estados Unidos.
¿De qué tipos de reactores disponemos para que un futuro nos transporten por el espacio?
Las dos potencias mundiales en investigación nuclear presentan dos modelos diferentes de reactor nuclear.
En Rusia se ha apostado por reactores termoiónicos. Éstos se basan en un principio físico más difícil de provocar. Cada reactor se compone de dos elementos metálicos, un emisor y un receptor. Se calienta el emisor a temperaturas entre 800 y 2200ºC, el receptor se enfría y al estar colocado a una distancia corta los electrones salen disparados del emisor al receptor generando así corriente eléctrica.
En Estados Unidos se trabaja con reactores nucleares termoeléctricos. Su mecanismo consiste en una transformación del calor en electricidad, un fluido circula por una red transportando el calor del reactor al sistema generador de electricidad.
Este modelo de reactor es más eficaz ya que es posible generar electricidad sin necesidad de un mecanismo intermediario, además, desprende menos calor, necesita un sistema de refrigeración menor, y es más resistente a los daños físicos. Podría sufrir una perforación y continuar funcionando, en cambio, una perforación en el termoeléctrico supondría un colapso en el sistema, ya que existen grandes posibilidades de incidir sobre algún punto de transferencia de calor ocasionando el escape del fluido.
Del Topaz II a la propulsión iónica
Cómo ya hemos indicado anteriormente el Topaz II es un modelo de reactor nuclear diseñado por Rusia. Ahora los estudios están centrados en propulsores iónicos.
La propulsión iónica consiste en el efecto de reacción logrado por la expulsión de átomos o moléculas ionizados. Aunque la masa que se expide es minúscula las fuerzas electromagnéticas permiten acelerarla hasta velocidades más elevadas, produciendo así un efecto de reacción significativo. De todos modos, esta reacción resulta muy débil, no es capaz de hacer despegar un cohete desde la Tierra o de conseguir una fuerte aceleración. La ventaja se encuentra en que se puede conseguir un tiempo de impulsión constante durante años, de tal manera que un satélite podría permanecer en órbita baja durante un período de tiempo impensable con los actuales sistemas.
La tecnología de los Topaz II nos permite pensar en la explotación del campo de la propulsión iónica. Los planes prevén vuelos que consistirían en activar el motor iónico del vehículo en el espacio (tras haber sido lanzado por otros métodos) logrando así un aprovechamiento energético muy superior al logrado por métodos convencionales.
Circular en una órbita baja supone una constante acción de frenado provocada por la atmósfera. Para compensar este rozamiento y la consecuencia pérdida de velocidad los motores deben encenderse en numerosas ocasiones. Con un motor iónico instalado en el reactor Topaz II sería posible multiplicar espectacularmente el tiempo de permanencia orbital.
Si lo que queremos hacer es ascender de una órbita baja a otra más alta necesitamos una importante cantidad de combustible, esto supone un significativo peso extra que limita el alcance del lanzador y encarece la misión. Si en vez de transportar combustible químico necesario para acceder a una órbita alta, tan sólo llevamos el preciso para situarnos en una órbita baja y vamos equipados con un motor iónico podremos completar con mayor optimización de recursos energéticos el ascenso.
Encontramos dos inconvenientes a la hora de utilizar la propulsión iónica:
Siempre existe peligro de que algún accidente inesperado durante el lanzamiento u otras fases críticas de la misión, pudiera diseminar sobre alguna zona poblada productos tan letales como el plutonio.
Basado en un artículo de www.terra.es
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