La propulsión electronuclear y por fusión nuclear son las opciones de la ciencia para llevarnos al espacio profundo

La propulsión electronuclear y por fusión nuclear son las opciones de la ciencia para llevarnos al espacio profundo
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Regresar a la Luna y llevar por primera vez al ser humano a Marte. Estos son algunos de los objetivos de la exploración espacial a medio plazo. Pero a largo plazo la ambición de la humanidad va más allá. Lo que persigue es explorar con misiones tripuladas otras regiones del sistema solar más alejadas, y, por qué no, también ir más allá de sus fronteras. Viajar al espacio profundo.

El problema es que una misión como las que acabamos de describir someramente plantea no uno, sino una cantidad ingente de desafíos titánicos. Y uno de ellos consiste en que la cantidad de energía que es necesario invertir en el desplazamiento de una nave espacial hasta una región remota de nuestro sistema solar, o, incluso, más allá, es descomunal.

No obstante, esto no significa en absoluto que sea una empresa inalcanzable. De hecho, algunas agencias espaciales y varias compañías aeronáuticas están trabajando en soluciones tecnológicas que aspiran a poner al alcance de la humanidad la posibilidad de afrontar viajes al espacio profundo. Y uno de los ingredientes esenciales de la receta que están elaborando es la propulsión mediante energía nuclear.

La propulsión electronuclear aspira a ser la precursora de las naves de fusión

«La prioridad de la NASA es diseñar, construir y demostrar un sistema de energía mediante fisión de uranio de bajo enriquecimiento con una amplia gama de aplicaciones para la superficie de la Luna, y también para una futura misión a Marte con seres humanos escalable a niveles de energía por encima de los 100 kWe». Estas declaraciones del responsable de tecnología nuclear espacial de la NASA no dejan lugar a dudas acerca del rol que posiblemente adquirirá la energía nuclear en la exploración espacial en el futuro.

Las dos tecnologías de propulsión nuclear que actualmente se encuentran en un estadio de desarrollo más avanzado son la propulsión térmica nuclear y la propulsión electronuclear. Os hablamos de ellas con detalle en el artículo que publicamos a finales del pasado mes de enero, pero merece la pena que repasemos brevemente en qué consisten antes de indagar en la que posiblemente será su sucesora.

La propulsión térmica nuclear a grandes rasgos utiliza un reactor de fisión para calentar un propulsor criogénico, como el hidrógeno. La energía térmica que genera la fisión se utiliza para calentar el propulsante, provocar que se expanda y expulsarlo a presión por una o varias toberas para generar el empuje que necesita la nave espacial para desplazarse por el espacio.

Sus dos principales desventajas son la gran cantidad de propulsante que requiere y la altísima temperatura que genera. Eso sí, el tiempo que es necesario invertir en un viaje a Marte utilizando esta tecnología se reduciría en un 25% si lo comparamos con el de la propulsión química convencional.

La propulsión electronuclear entrega un impulso menor que la termonuclear, pero, eso sí, es continuo, y, además, es más eficiente

La otra opción, la propulsión electronuclear, utiliza un reactor de fisión para producir electricidad implementando una estrategia esencialmente idéntica a la que usan las centrales nucleares convencionales. El reactor entrega una gran cantidad de energía térmica mediante las reacciones de fisión. Después una turbina transforma la energía cinética del vapor en energía mecánica, y un alternador transforma esta última forma de energía en electricidad.

Actualmente la propulsión térmica nuclear está más desarrollada que la electronuclear, pero esta última tiene a su favor varias bazas que la posicionan como una opción de futuro muy atractiva. Por un lado el impulso que entrega es menor que el de la propulsión térmica nuclear, pero, a cambio, es continuo. Y, además, es más eficiente y permite a la nave espacial alcanzar una velocidad más alta, por lo que el viaje a Marte se acortaría nada menos que en un 60% si lo comparamos con el tiempo que invertiría un vehículo espacial con propulsión química convencional.

Pfrc Princeton
Este es el aspecto que tiene el reactor PFRC diseñado por el Laboratorio de Física del Plasma de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos.

Las dos tecnologías de propulsión de naves espaciales mediante fisión nuclear en las que acabamos de indagar son prometedoras, pero los planes de las organizaciones involucradas de forma directa o indirecta en la exploración espacial no acaban aquí. El siguiente paso consistirá en desarrollar la propulsión mediante fusión nuclear. De hecho, el Laboratorio de Física del Plasma de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, ya está trabajando en el desarrollo de un dispositivo con estas características.

El Laboratorio de Física del Plasma está probando la 3ª generación de su reactor PFRC, y a mediados de esta década iniciará los experimentos con el 4º prototipo

Podéis ver su diseño conceptual en la ilustración que publicamos encima de estos párrafos, y se trata de un reactor de tipo PFRC (Princeton Field-Reversed Configuration), una sigla que podemos traducir al español como 'reactor de configuración de campo invertido'. La baza más relevante de esta tecnología consiste en que este reactor en teoría será capaz de transformar la energía de los iones que produce la reacción de fusión nuclear en impulso directo que es posible entregar al vehículo espacial.

El Laboratorio de Física del Plasma actualmente está probando la tercera generación de su reactor PFRC, y, según su previsión, a mediados de esta década iniciará los experimentos con el cuarto prototipo. Aun así, la información que manejamos refleja que esta tecnología todavía deberá madurar mucho más antes de ser utilizada en una nave espacial. Los viajes del ser humano a los confines de nuestro sistema solar y más allá están aún muy lejos, pero el esfuerzo científico y tecnológico que persigue hacerlos viables está en marcha. Y nos invita a ser razonablemente optimistas.

Imágenes: NASA | Princeton Fusion Systems

Más información: Princeton Fusion Systems | Foro Nuclear

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