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La NASA invierte en un nuevo concepto de cohete nuclear para el futuro de la exploración espacial y la astrofísica

La NASA invierte en un nuevo concepto de cohete nuclear para el futuro de la exploración espacial y la astrofísica

En los próximos años, la NASA planea enviar varias misiones de astrobiología a Venus y Marte para buscar evidencia de vida extraterrestre. Estas se producirán junto con misiones tripuladas a la Luna (por primera vez desde la era Apolo) y las primeras misiones tripuladas a Marte. Más allá del sistema solar interior, existen planes ambiciosos para enviar misiones robóticas a Europa, Titán y más allá.Mundos oceánicosPodría albergar vida extraterrestre. Para lograr estos objetivos, la NASA está invirtiendo en algunas tecnologías nuevas e interesantes a través… Conceptos innovadores avanzados de la NASA Programa Nyack.

La selección de este año incluye aviones propulsados ​​por energía solar, biorreactores, velas ligeras, tecnología de hibernación, experimentos de astrobiología y tecnología de propulsión nuclear. Esto incluye el concepto de Cohete con motor nuclear de isótopos finos (TFINER), sugerido por un miembro del personal técnico superior James Pickford Y sus colegas de Laboratorio Charles Stark Draper – Desarrollador de tecnología independiente con sede en Massachusetts. Esta propuesta se basa en la desintegración de radioisótopos para generar empuje y fue seleccionada recientemente por NIAC para Desarrollo de la primera etapa.

Como señala su documento de propuesta, la propulsión avanzada es necesaria para realizar muchos de los conceptos de la Misión de Próxima Generación. Estos incluyen enviar un telescopio al punto focal de la lente gravitacional del Sol y encontrarse con un objeto interestelar que pasa. Estos conceptos de misión requieren velocidades rápidas que no se pueden alcanzar con cohetes convencionales. Si bien se están investigando velas ligeras para misiones de tránsito rápido dentro del sistema solar y Próxima Centauri, no pueden realizar las maniobras de propulsión necesarias en el espacio profundo.

Una colección de ilustraciones que destacan los nuevos conceptos propuestos por los premiados de la Fase 1 del NIAC 2024. Crédito: (en el sentido de las agujas del reloj, desde arriba a la derecha) Benner/Chang/McQueen/Romero-Calvo/Hibberd-Kennedy/Carpenter/Beckford/ Romero/Calvo/Capoe/Landis /Rothschild/Jie Zhengzha/NASA

Los conceptos nucleares posibles utilizando la tecnología actual incluyen la propulsión termonuclear nuclear y la propulsión eléctrica nuclear (NTP/NEP), que tienen la propulsión necesaria para llegar a lugares en el espacio profundo. Sin embargo, como señalan Bickford y su equipo, también son grandes, pesados ​​y costosos de fabricar. «Por el contrario, proponemos un motor de isótopos nucleares delgado con potencia suficiente para buscar, reunirse y luego devolver muestras de objetos interestelares distantes y de rápido movimiento». escriben. «La misma tecnología permite redirigir el telescopio de lentes gravitacionales para que una sola misión pueda observar muchos objetivos de alto valor».

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El concepto básico es similar al de una vela solar, excepto que se basa en finas láminas de isótopos radiactivos que utilizan el impulso de sus productos de desintegración para generar empuje. Como lo describen, el diseño básico implica láminas de torio-228 de unos 10 micrómetros (0,01 mm) de espesor. Este metal naturalmente radiactivo (comúnmente utilizado en radioterapia) sufre desintegración alfa con una vida media de 1,9 años. El empuje se produce recubriendo un lado con una capa absorbente de hasta 50 micrómetros (0,05 mm) de espesor, forzando a las partículas alfa en la dirección opuesta del movimiento.

La nave espacial necesitará 30 kg (66 lb) de torio-228 distribuidos en un área de más de 250 metros cuadrados.2 (~2700 pies cuadrados), proporcionando más de 150 km/s (93 mph) de empuje. En comparación, la misión más rápida utilizando propulsión convencional fue… Sonda solar Parker (PSP), que alcanzó velocidad 163 km/s (101 mph) Alcanzó el punto más cercano de su órbita alrededor del Sol (perihelio). Sin embargo, esto se debió a la maniobra gravitacional de Venus y a la atracción gravitacional del Sol.

Las ventajas de este sistema incluyen la simplicidad, ya que el diseño se basa en física y materiales conocidos. También proporciona escalabilidad para acomodar cargas útiles más pequeñas (como sensores) o misiones más grandes (como telescopios espaciales). Un solo vehículo de lanzamiento convencional podría insertar varias de estas naves espaciales en una ruta de escape solar, requiriendo una velocidad de escape de 42,1 km/s (26 mph). Las placas de empuje también se pueden reconfigurar para permitir la vectorización del empuje y las maniobras de la nave espacial, lo que significa que la nave espacial puede explorar misiones futuras una vez que llegue al espacio profundo.

Los pellets cerámicos Pu-238 brillan al rojo vivo. Crédito: Laboratorio Los Álamos

Esto incluye telescopios asociados con el punto focal de lentes gravitacionales solares (SGL) y misiones que encontrarán objetos interestelares (ISO) y posiblemente devolverán muestras a la Tierra para su análisis. Hablando de eso, la nave espacial tendrá la capacidad de respaldo para encontrarse con ISO por sí sola y devolver muestras. La descomposición natural de las láminas también se puede aprovechar utilizando una capa de material termoeléctrico (o tejas Peltier) para generar un exceso de energía eléctrica de unos 50 kilovatios con una eficiencia del 1%. También se podría añadir una capa de material emisor de partículas beta para neutralizar la radiación alfa e «inducir una polarización de voltaje que dirija las emisiones de escape y/o aproveche el viento solar saliente».

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También señalan que el concepto podría diseñarse con múltiples «etapas» equipadas con actinio-227 (u otros isótopos con vidas medias más largas), lo que daría como resultado una mayor velocidad durante una vida útil prolongada de la misión. Del mismo modo, una versión modificada basada en torio-233 podría explotar el ciclo del combustible del torio (las sucesivas desintegraciones de isótopos que finalmente producen uranio-232), lo que (afirman) aumentaría el rendimiento en aproximadamente un 500%. Está claro que la tecnología propuesta ofrece muchas oportunidades para el desarrollo futuro y puede utilizarse para implementar muchos perfiles de misión.

Estas misiones son consistentes con la visión de la NASA para el próximo siglo, que incluye enviar naves espaciales para estudiar de cerca la ISO, descubrir planetas habitables en sistemas estelares cercanos, realizar misiones tripuladas fuera del sistema Tierra-Luna y buscar vida en otros cuerpos celestes.

adicional lectura: NASA