El administrador de la NASA, Jared Isaacman, anunció que la agencia desarrollará la “primera nave espacial interplanetaria de propulsión nuclear”, con un lanzamiento previsto a Marte en 2028. También están los reactores en la Luna y el drón para Saturno y Titán Dragonfly, de los que hablaremos en posteriores publicaciones.
La ambición de la misión, conocida como Space Reactor-1 (SR1) Freedom, va mucho más allá de su objetivo inicial de llegar a Marte. De tener éxito, representará la culminación de más de 60 años de experimentos y proyectos fallidos en propulsión nuclear, y podría transformar los viajes espaciales interplanetarios. La nave espacial contará con un sistema de propulsión eléctrica nuclear que “proporciona una capacidad extraordinaria para el transporte eficiente de masa en el espacio profundo”.
El concepto SR-1 Freedom de la NASA utilizaría un reactor de fisión nuclear, similar a una versión a escala reducida de las centrales nucleares que abastecen de energía a las ciudades en la Tierra, para generar electricidad que pudiera alimentar un motor iónico. El reactor de fisión de 20 kilovatios del SR-1 Freedom, que contiene uranio poco enriquecido y dióxido de uranio, estaría situado al final de un brazo largo, asegurando así la distancia entre la radiación que produce y el resto de la nave espacial.
En la propulsión eléctrica solar (SEP), una gran parte de la superficie total de una nave espacial se dedica a paneles solares. Con la propulsión nuclear (NEP), estos paneles solares se reemplazan por aletas de intercambio de calor para disipar parte del calor excedente del reactor y evitar que los componentes de la nave se fundan.
Preocupaciones por la seguridad
La seguridad es, por supuesto, de suma importancia al enviar material nuclear al espacio, y la palabra “nuclear” suele generar temor. En 1997, la misión conjunta Cassini-Huygens de la NASA y la Agencia Espacial Europea a Saturno estuvo rodeada de controversia. Transportaba tres generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) con 33 kilogramos de plutonio-238 entre las dos sondas.
El estudio de impacto ambiental de la misión sugirió que existía una probabilidad de 1 entre 1400 de un accidente durante el despegue y de 1 entre 476 durante el vuelo a través de la atmósfera terrestre, lo que podría dispersar material radiactivo no solo en Florida, desde donde se lanzó Cassini-Huygens, sino en todo el planeta, dependiendo de la altitud a la que ocurriera el accidente. Sin embargo, la misión Cassini-Huygens se llevó a cabo sin contratiempos, al igual que todas las misiones RTG posteriores.
También está el problema de que la fisión nuclear es un proceso altamente tóxico. Implica la división del átomo, produciendo residuos radiactivos además de energía. Al utilizar reactores de fisión en el espacio, esencialmente enviamos pequeños paquetes de desechos tóxicos a través del sistema solar, lo que podría resultar peligroso en el futuro para cualquier astronauta que los encuentre, o para cualquier biosfera que exista en otros planetas o lunas, como Marte o Europa, si uno de estos paquetes tóxicos se estrellara allí.
El Generador Termoeléctrico de Radioisótopos RTG y la propulsión iónica
La NASA lleva utilizando energía nuclear en el espacio prácticamente desde los inicios de la era espacial. En la década de 1960, la agencia financió el proyecto Sistemas de Energía Auxiliar Nuclear (SNAP). Como su nombre indica, SNAP consistía en utilizar energía nuclear en misiones espaciales. Según la NASA, la primera misión en volar fue la SNAP-3 en 1961, que llevaba a bordo un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG).
Estos generadores termoeléctricos de radioisótopos producen energía utilizando el calor liberado por la desintegración radiactiva del plutonio-238, que tiene una vida media de casi 88 años, lo que le permite alimentar naves espaciales durante décadas si fuera necesario. El RTG a bordo de la SNAP-3 transportaba 96 gramos de plutonio-238, que producían apenas 2,5 vatios de energía eléctrica. Sin embargo, la tecnología ha avanzado mucho desde principios de la década de 1960.
Desde entonces, los RTG se han utilizado en misiones interplanetarias, como las sondas Pioneer 10 y 11 y Voyager 1 y 2 al sistema solar exterior, la misión New Horizons a Plutón y más allá, los módulos de aterrizaje Viking 1 y 2 en Marte, y los rovers Curiosity y Perseverance. De hecho, la necesidad de generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) quedó patente con los predecesores de Curiosity y Perseverance, los rovers Spirit y Opportunity, que funcionaban exclusivamente con energía solar, pero sufrían una disminución de potencia a medida que el polvo marciano cubría sus paneles solares.
Otro avance que se remonta a la década de 1960 es la propulsión eléctrica, quizás más conocida como motor iónico. Este funciona ionizando los átomos de un propulsor gaseoso, como el xenón o el criptón, y luego acelerando esos iones a través de una tobera para generar empuje. Esta aceleración se puede lograr de dos maneras. Una es la aplicación de campos electromagnéticos para producir el llamado efecto Hall, que acelera los iones.
La otra opción es un propulsor iónico de rejilla, en el que los iones con carga positiva se inyectan en una “cámara de descarga” donde se mueven hacia una rejilla con carga negativa y son acelerados a través de los orificios de esa rejilla mediante un voltaje, expulsándolos una vez más a través de una boquilla, produciendo el motor iónico un suave brillo azul.
La Propulsión Eléctrica Solar PES
En las misiones espaciales dentro del sistema solar interior, los iones se ionizan mediante electricidad producida por paneles solares; por eso, a esta tecnología la llamamos propulsión eléctrica solar (PES). Sin embargo, puede que le sorprenda saber que la PES suele producir menos de medio kilo de empuje. No obstante, el pequeño empuje de la PES es acumulativo y se incrementa con el tiempo para impulsar las naves espaciales a velocidades de alrededor de 320 000 kilómetros por hora o más, mucho después de que un cohete químico equivalente hubiera agotado su combustible.
La PES se ha utilizado en misiones en órbita terrestre desde la década de 1960. La primera misión interplanetaria con propulsión eléctrica solar (SEP) fue la Deep Space 1 de la NASA en 1998, y desde entonces se ha utilizado con gran éxito en misiones como la SMART-1 de la Agencia Espacial Europea a la Luna, la sonda Dawn de la NASA que visitó Ceres y Vesta en el cinturón de asteroides, y la misión DART que impactó el asteroide doble Didymos y Dimorphos en 2022.
Reemplazar la energía solar por la nuclear tiene dos ventajas en el espacio profundo. Primero, facilita el despliegue de motores iónicos en las regiones exteriores del sistema solar, lejos del Sol. Y segundo, produce entre uno y dos órdenes de magnitud más de potencia que la SEP, aumentando así el empuje y la masa de la carga útil que puede transportar.
Los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) no son suficientes para este tipo de trabajo, por lo que la propulsión eléctrica nuclear (NEP) requiere un reactor de fisión. El calor producido por el reactor se transforma en electricidad, la cual ioniza (carga eléctricamente) los gases propulsores para su uso en el motor iónico.
La propulsión eléctrica nuclear en la historia de la NASA
Esta no es la primera vez que la NASA experimenta con la propulsión eléctrica nuclear. En 1965, la agencia lanzó la misión SNAP-10A, que fue la primera y hasta ahora única vez que se ha desplegado con éxito la propulsión eléctrica nuclear. También fue la primera vez que se lanzó un reactor nuclear al espacio. Según el Departamento de Energía de EEUU, ese reactor funcionó correctamente durante 43 días antes de sufrir una falla y apagarse.
Sin embargo, en los 61 años transcurridos desde SNAP-10A, no ha habido más misiones que demuestren con éxito la propulsión eléctrica nuclear, aunque se han realizado numerosos intentos para lograrlo. El proyecto más reciente de la NASA fue DRACO, el Cohete de Demostración para Operaciones Cislunares Ágiles, en colaboración con DARPA, Lockheed Martin y BWX Technologies.
Lamentablemente, el programa DRACO se suspendió en enero de 2025 debido a dificultades técnicas y regulatorias, antes de ser cancelado definitivamente ese verano al quedar fuera del presupuesto federal propuesto para 2026. DARPA alegó que los costos del programa ya no justificaban los beneficios, dado que los costos de los lanzamientos convencionales estaban disminuyendo.
El tiempo corre en contra de que la NASA lance la misión en 2028 como está previsto, y queda por ver si, después de más de sesenta años de intentos, la NASA finalmente logrará que la tecnología funcione. Si lo hacen, la mayor eficiencia y potencia que esto puede aportar a los motores de propulsión eléctrica podría transformar los viajes espaciales, ya sea para llevar astronautas a Marte o para impulsar misiones científicas al sistema solar exterior.
Por supuesto que hay proyectos nucleares mucho más exóticos. Conceptos como el Proyecto Orión, desarrollado en la década de 1950, que proponía una nave espacial impulsada por las ondas expansivas de una serie rápida de explosiones nucleares. O como el Proyecto Dédalo, un estudio de diseño de la Sociedad Interplanetaria Británica de la década de 1970 que proponía el uso de motores de fusión nuclear.
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