Mirando hacia el futuro de la exploración espacial tripulada, es claro para la NASA y otras agencias espaciales que se deben cumplir ciertos requisitos tecnológicos. No solo se necesita una nueva generación de vehículos de lanzamiento y cápsulas espaciales (como el SLS y Orión nave espacial), pero se necesitan nuevas formas de producción de energía para garantizar que puedan llevarse a cabo misiones de larga duración a la Luna, Marte y otros lugares del Sistema Solar.
Una posibilidad que aborda estas preocupaciones es Kilopower, un sistema de poder de fisión liviano que podría impulsar misiones robóticas, bases y misiones de exploración. En colaboración con la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA) del Departamento de Energía, la NASA realizó recientemente una demostración exitosa de un nuevo sistema de energía del reactor nuclear que podría permitir misiones tripuladas de larga duración a la Luna, Marte y más allá.
Conocido como el experimento Kilopower Reactor Using Stirling Technology (KRUSTY), la tecnología fue presentada en una reciente conferencia de prensa el miércoles 2 de mayo en el Centro de Investigación Glenn de la NASA. Según la NASA, este sistema de energía es capaz de generar hasta 10 kilovatios de energía eléctrica: suficiente energía de varios hogares continuamente durante diez años, o un puesto avanzado en la Luna o Marte.
Como Jim Reuter, administrador asociado interino de la NASA para la Dirección de Misión de Tecnología Espacial (STMD), explicó en un reciente comunicado de prensa de la NASA:
“La energía segura, eficiente y abundante será la clave para la futura exploración robótica y humana. Espero que el proyecto Kilopower sea una parte esencial de las arquitecturas de energía lunar y de Marte a medida que evolucionan ”.
El sistema de energía prototipo emplea un pequeño núcleo de reactor de uranio-235 sólido y tuberías de calor pasivas de sodio para transferir el calor del reactor a motores Stirling de alta eficiencia, que convierten el calor en electricidad. Este sistema de energía es ideal para lugares como la Luna, donde la generación de energía usando paneles solares es difícil porque las noches lunares equivalen a 14 días en la Tierra.
Además, muchos planes para la exploración lunar implican la construcción de puestos de avanzada en las regiones polares con sombra permanente o en tubos de lava subterráneos estables. En Marte, la luz del sol es más abundante, pero está sujeta al ciclo diurno y al clima del planeta (como las tormentas de polvo). Por lo tanto, esta tecnología podría garantizar un suministro constante de energía que no dependa de fuentes intermitentes como la luz solar. Como dijo Marc Gibson, el ingeniero principal de Kilopower en Glenn:
“Kilopower nos da la capacidad de hacer misiones de poder mucho más altas y explorar los cráteres sombríos de la Luna. Cuando empecemos a enviar astronautas para largas estadías en la Luna y a otros planetas, eso requerirá una nueva clase de poder que nunca antes habíamos necesitado ".
El experimento de Kilopower se realizó en el sitio de seguridad nacional de Nevada de la NNSA (NNSS) entre noviembre y marzo de 2017. Además de demostrar que el sistema podía producir electricidad a través de la fisión, el propósito del experimento también era demostrar que es estable y seguro en cualquier ambiente Por esta razón, el equipo de Kilopower realiza el experimento en cuatro fases.
Las dos primeras fases, que se realizaron sin alimentación, confirmaron que cada componente del sistema funcionaba correctamente. Para la tercera fase, el equipo aumentó la potencia para calentar el núcleo lentamente antes de pasar a la fase cuatro, que consistió en una prueba de funcionamiento de 28 horas a plena potencia. Esta fase simuló todas las etapas de una misión, que incluía el arranque del reactor, la aceleración a plena potencia, el funcionamiento estable y el apagado.
A lo largo del experimento, el equipo simuló varias fallas del sistema para garantizar que el sistema siguiera funcionando, lo que incluía reducciones de potencia, fallas en los motores y fallas en la tubería de calor. En todo momento, el generador KRUSTY siguió suministrando electricidad, lo que demuestra que puede soportar cualquier cosa que la exploración espacial le arroje. Como Gibson indicó:
“Ponemos el sistema a prueba. Entendemos muy bien el reactor, y esta prueba demostró que el sistema funciona de la manera en que lo diseñamos para funcionar. No importa a qué entorno lo expongamos, el reactor funciona muy bien ”.
Mirando hacia el futuro, el proyecto Kilopower seguirá siendo parte del programa Game Changing Development (GCD) de la NASA. Como parte de la Dirección de Misión de Tecnología Espacial de la NASA (STMD), el objetivo de este programa es avanzar en tecnologías espaciales que puedan conducir a enfoques completamente nuevos para las futuras misiones espaciales de la Agencia. Eventualmente, el equipo espera hacer la transición al programa de la Misión de Demostración de Tecnología (TDM) para 2020.
Si todo va bien, el reactor KRUSTY podría permitir puestos de avanzada humanos permanentes en la Luna y Marte. También podría ofrecer apoyo a misiones que dependen de la utilización de recursos in situ (ISRU) para producir combustible de hidrazina a partir de fuentes locales de hielo de agua y materiales de construcción a partir del regolito local.
Básicamente, cuando se montan misiones robóticas en la Luna para imprimir bases en 3D desde el regolito local, y los astronautas comienzan a hacer viajes regulares a la Luna para realizar investigaciones y experimentos (como lo hacen hoy en la Estación Espacial Internacional), podrían ser reactores KRUSTY que les proporcionen todas sus necesidades de poder. En unas pocas décadas, lo mismo podría ser cierto para Marte e incluso para ubicaciones en el Sistema Solar exterior.
¡Este sistema de reactor también podría allanar el camino para cohetes que dependen de propulsión nuclear térmica o nuclear, permitiendo misiones más allá de la Tierra que son más rápidas y más rentables!
Y asegúrese de disfrutar este video del programa GCD, cortesía de NASA 360:
