¿Por qué no podemos usar combustible nuclear para impulsar naves espaciales?

Answer 1

Como otros han señalado, ya usamos generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG). A pesar de la mala prensa ocasional, los RTG tienen un excelente historial de seguridad. Desafortunadamente, no producen mucho poder, lo que limita su uso a naves espaciales relativamente pequeñas. [1]

También hemos utilizado reactores nucleares en órbita, sobre todo en el antiguo programa soviético RORSAT. Como señala el artículo vinculado, ha habido problemas con ese programa. Otros programas, como SNAP-10A, han tenido sus propios problemas. [2]

Si bien podemos usar la energía nuclear para naves espaciales, hay muchos problemas técnicos que resolver. Hasta ahora, la energía solar y los sistemas avanzados de generación de energía solar satisfacen las necesidades de la mayoría de las naves espaciales que se están construyendo o contemplando.

En mi opinión personal, deberíamos considerar el uso de reactores SLOWPOKE modificados (o algo similar) como fuentes de energía para instalaciones a largo plazo en la Luna o Marte. Dudo seriamente que esto suceda, pero, una vez más, tampoco estoy seguro de que construiremos instalaciones a largo plazo.

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[1] También hay una grave escasez de Pu-238, el isótopo utilizado en casi todos los RTG. Llevará años de producción producir lo suficiente para otro RTG útil.

[2] El accidente más grave fue el incidente Kosmos 954, en el que se dispersaron escombros altamente radiactivos por todo el Ártico canadiense.

Answer 2

Las dos respuestas hasta ahora discuten los sistemas RTG (generador termoeléctrico de radioisótopos), que utilizan principalmente un isótopo de plutonio, Pu-238. Estos se utilizan para la generación de energía a bordo, pero no tienen capacidades de propulsión significativas.

En el pasado, Estados Unidos y la URSS también han estado activos en sistemas de propulsión de reactores nucleares, es decir, un reactor nuclear real en una nave espacial utilizada para propulsión. En comparación con un RTG, es mucho más poderoso.

Tuviste el proyecto Nerva, el proyecto Rover, y recientemente el proyecto Prometheus, junto con muchos otros. Sin embargo, esos programas espaciales nucleares, si bien se consideran esenciales para la futura exploración espacial por parte de la NASA y similares, se ven afectados significativamente por las tendencias y la política.

Para la propulsión nuclear, tiene dos formas principales de proceder, la propulsión eléctrica o la propulsión térmica. La propulsión térmica es básicamente hidrógeno que fluye a través de un reactor nuclear, se calienta y se expulsa para generar empuje. Las ventajas de este sistema es que tiene un impulso específico muy alto y, por lo tanto, puede llevarlo a alta velocidad. La segunda forma es usar propulsores iónicos, que presentan un impulso específico más pequeño, limitando las opciones de despegue, pero pueden proporcionar aceleración y desaceleración durante un período prolongado de tiempo.

Un diseño preferido hoy en día se centra en los cohetes nucleares bimodales, es decir, el reactor se utiliza tanto para la propulsión como para la potencia de los sistemas a bordo. Personalmente, me gustaría ver si se puede desarrollar un cohete nuclear híbrido bimodal (potencia de los sistemas a bordo, propulsión térmica y propulsión eléctrica, todo en un solo diseño).

La dificultad con los cohetes propulsados ​​por energía nuclear es que se prefiere el uranio altamente enriquecido (90 +% U235, grado de armas militares), para asegurar un alto uso de combustible. Recientemente, se ha demostrado que el uranio poco enriquecido (<20% U235) es realmente factible. Esta sería una buena noticia, ya que eliminaría muchas de las regulaciones gubernamentales y abriría el mercado a los actores de la industria privada (como SpaceX o BlueOrigin en los EE. UU.).

La dificultad proviene de la seguridad inherente en caso de inmersión en el reactor (lanzamiento fallido) y protección contra caídas. El calor también es un problema, ya que el sistema debe mantener altas temperaturas durante un período continuo de tiempo (7 a 15/20 años). Los materiales de revestimiento de combustible deben probarse exhaustivamente. Entonces, el control es importante, como lo es el hecho de que sería capaz de detener y reiniciar su reactor si fuera necesario. También se debe considerar el blindaje, ya que la irradiación puede dañar el sistema eléctrico y el equipo / presencia humana en la bahía de carga.

Todo esto es pesar contra la masa de la nave espacial, ya que más masa implica un mayor costo.

En general, es un campo bastante interesante, aunque carece de apoyo y motivación. Pero si alguna vez queremos ir a una misión espacial larga (fuera del sistema solar en un tiempo razonable), ese es el camino a seguir.

Answer 3

De hecho, usamos energía nuclear en naves espaciales a través de lo que se denomina generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG). Esto se usó a fines de la década de 1950 principalmente para generar energía eléctrica para el espacio profundo o misiones a largo plazo.

(Imagen del presidente Eisenhower mostrando un prototipo RTG. Tomado el 16 de enero de 1959).

El material principal utilizado es Pu-238, un potente emisor alfa, pero los primeros prototipos utilizaron Po-210 pero tenían una vida media mucho más corta.

El paquete radioactivo está autocontenido en una unidad llamada Fuente de calor de uso general (GPHS) que luego se inserta en el RTG para que funcione.

Los RTG son muy seguros incluso en caso de falla de la nave espacial y reentrada incontrolada Los RTG están diseñados para resistir el calor de reentrada e impacto como se demostró en el accidente del Apolo 13 donde el RTG estaba intacto.

Misiones que usaron RTG donde:
Apollo, Pioneer, Viking, Voyager, Galileo, Ulises, Cassini, New Horizons, mars rovers, etc.

Incluso si las misiones no necesitan RTG para el suministro de energía, se utiliza un tipo similar de tecnología nuclear para mantener la electrónica calentada y operativa con lo que se llama Unidades de Calentador de Radioisótopos Ligeros (LWRHU).

En términos de propulsión nuclear, el Motor Nuclear de la NASA para la Aplicación del Espacio de Cohetes (NERVA) realizó investigaciones y prototipos funcionales de motores nucleares muy potentes. El principio de funcionamiento era calentar hidrógeno a altas presiones a través de un reactor nuclear térmico y luego permitir que se expandiera en una boquilla creando empuje. Este programa comenzó a mediados de la década de 1950 y se extendió hasta principios de la década de 1970, culminando con varios diseños de diferentes salidas de potencia. Uno de estos motores NERVA fue el reactor nuclear más potente jamás construido con nombre en código Pewee (correspondiente a la Fase 3 del Proyecto Rover de la NASA, 1968), funcionó durante unos 15 minutos a 4.000 MWth (o 4,0 Gigavatios).

(Arriba puede ver cuán pequeño era Pewee por la cantidad de energía que generó)

El programa NERVA produjo alguna variación en los tamaños como se ve a continuación.

De todos modos, al final cesó la voluntad política de buscar energía nuclear para la propulsión espacial y el proyecto fue terminado. Nunca ocurrieron accidentes nucleares ni se realizaron pruebas de vuelo operacionales, sino solo pruebas estáticas. El único accidente registrado fue una explosión de sobrepresión de hidrógeno.

Hasta la fecha, la NASA tiene un pequeño programa que investiga el tema pero con pocos fondos.

Answer 4

Básicamente pones un plasma de fusión en el vértice de una parábola. Cuando el plasma abandona el núcleo a la velocidad de la luz, golpea la parábola y vuela a la velocidad de la luz. Esto empuja la nave hacia adelante a velocidades crecientes (gradualmente acercándose a la velocidad de la luz).

Tenemos que luchar para hacer ese vacío para estos dispositivos de prueba en la tierra, pero en el espacio, no sería un problema.

Para reducir la velocidad, necesitaría la misma configuración en el lado opuesto de la nave.

La Universidad de Maryland tiene un programa de investigación que busca hacer esto con un simple fusor. (Proyecto 2, Laboratorio de Energía Espacial y Propulsión, Clark School of Engineering, Universidad de Maryland)

Además, una compañía en Seattle ha recaudado dinero para hacer esta investigación sobre hacer esto con configuraciones invertidas en el campo (Space Propulsion “MSNW LLC)

Answer 5

Sí, se usa para casi todas las misiones en el espacio profundo donde el sol está demasiado distante para usar paneles solares de manera efectiva.

Es diferente de las centrales nucleares y los subs y portadores nucleares.

En lugar de usar la fisión controlada, los generadores espaciales usan un RTG súper confiable muy simple, un generador de desintegración radiactiva que usa isótopos de plutonio de vida moderadamente larga que producen una salida de calor significativa y en constante disminución durante 30 a 50 años. Un gran conjunto de termopares lo convierten en energía eléctrica para operar sensores, cámaras y transceptores de radio.

Puede leer sobre ellos en el artículo de Wikipedia sobre el generador térmico de radioisótopos.

Los generadores de propulsión nuclear presentan problemas muy complejos y han sido investigados pero no utilizados, que yo sepa.

Answer 6

Sí, está en uso para muchas misiones espaciales. Como el panel solar no funciona en todas partes, como el cinturón vanallen. Pero usan baterías nucleares en lugar de reactores nucleares. Como las baterías nucleares se basan en la desintegración radiactiva en lugar de la reacción, aunque las reacciones son mucho más eficientes, pero son riesgosas y pesadas. así que necesitaban una mejor alternativa que fuera la batería nuclear. en el futuro, el reactor nuclear puede usarse para el espacio cuando puedan asegurarlo lo suficiente. pero ahora el gobierno está en contra de esto, tanto desarrollo ha estado allí en este campo. pero pronto llegaremos allí. Mientras tanto, también está surgiendo la fusión nuclear … muchos países están trabajando en ella, incluida India, todos han colaborado para hacer el reactor de tokamak más grande del mundo, ITER y National Ignition Facility, EE. UU. también está trabajando en la fusión de confinamiento intertial (ya lograron una reacción autosostenible el año pasado y están trabajando para hacerlo más eficiente y comercializarlo).

Answer 7

Gracias por pedirme que responda al Sr. Vishwas Gowda,

Existen principalmente dos formas de alimentar una nave espacial: 1. Paneles solares y baterías a bordo, 2. Celdas de combustible nuclear (como las que se usan en las misiones Apollo y las naves espaciales Voyager)

La energía solar se usa principalmente en los satélites en órbita terrestre y en los satélites que exploran el sistema solar interno, porque la radiación solar aquí es lo suficientemente densa.

Pero, en misiones de larga duración y larga distancia, la densidad de la radiación solar es mucho menor, lo que hace necesario tener una fuente de energía que dure por mucho tiempo, que en este caso es una energía nuclear.

Answer 8

Podemos y hacemos. Un tipo de “batería nuclear” llamada generador termoeléctrico de radioisótopos es una fuente común de energía en naves espaciales no tripuladas.

Una aplicación RTG común es la fuente de alimentación de la nave espacial. Se utilizaron sistemas para unidades de Energía Auxiliar Nuclear (SNAP) para sondas que viajaron lejos del Sol, lo que hace que los paneles solares no sean prácticos. Como tal, se utilizaron con Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Ulises, Cassini, New Horizons y el Mars Science Laboratory. Se utilizaron RTG para impulsar los dos módulos de aterrizaje vikingos y para los experimentos científicos que dejaron en la Luna las tripulaciones del Apolo 12 al 17 (SNAP 27).

Generador termoeléctrico de radioisótopos

Answer 9

Si. La NASA y otros han desarrollado varios sistemas prototipo en las últimas cinco décadas. De hecho, la NASA planea usarlos en futuras misiones. (Pago: cohete térmico nuclear).

Answer 10

Ya se está utilizando en misiones espaciales. Se ha utilizado en 26 misiones espaciales en los últimos 50 años, por ejemplo, en el Mars Rover Curiosity. Se basa en el plutonio en descomposición para obtener energía. Las misiones Voyager más famosas usan plutonio-238 para obtener poder. Enlaces para más información:

Voyager 1 – Wikipedia

Generador nuclear alimenta la misión Curiosity Mars

Answer 11

En la década de 1950 había un plan conceptual desarrollado para impulsar vehículos espaciales disparando una serie de bombas nucleares detrás de la nave, llamada “Propulsión de pulso nuclear”.

Este fue el “Proyecto Orión” (ver Wikipedia: Proyecto Orión) e incluso se propuso como un medio para lanzar vehículos desde el suelo: consecuencias nucleares y todo.

Curiosamente, el enfoque fue utilizado por Stephen Baxter como un dispositivo de trama en su novela de ciencia ficción Ark (ver Wikipedia: Ark).

Answer 12

En mi opinión, la energía es algo que se aplica a un medio para obtener una fuerza propulsora. Por lo tanto, puede utilizar una reacción nuclear como fuente de energía, pero aún necesita un combustible o medio de algún tipo en el que pueda funcionar la energía. Es ese medio que ocupa tanto el volumen como el peso. Obtener la fuerza propulsora de la energía directamente no es ni fácil ni eficiente.
Entonces, en el vehículo Atlas, puede pensar en el oxígeno y el queroseno como CO2 y H2O empaquetados que se separan en una reacción exotérmica controlada que a su vez produce energía que se utiliza para acelerar el medio (CO2 y H2O) en la dirección que desee.
En otras palabras, la energía nuclear es solo la mitad de la respuesta y, en general, no proporciona el medio esencial en el que la energía podría usarse para dar una fuerza propulsora.

Answer 13

Muchos problemas

Si la nave espacial no está tripulada, no está tan mal, pero tienes que proteger la electrónica.

Si está tripulado, necesita toneladas y toneladas de blindaje.

En cualquier caso, puede esperar que los primeros diez disparos de prueba tengan de una a cinco explosiones importantes. Dispersar toneladas de uranio o plutonio fisionable y muchas libras de productos de fisión alrededor del sitio de lanzamiento no es bueno. El sitio probablemente tendría que ser abandonado después de la primera explosión. Eso es inconveniente y costoso. Solo hay unas pocas islas pequeñas en los lugares correctos para los sitios de lanzamiento.

Answer 14

Para “inmaduros”, lea “inexistente”, al menos en términos de vehículos. La única forma de limpiar y ahorrar energía nuclear implica muchas toneladas de blindaje, bastante incompatible con cualquier cosa que se mueva, excepto en el agua. Las plantas de energía nuclear móviles que se usan para barcos con energía nuclear son cientos de veces menos potentes de lo que se necesitaría para un lanzador orbital.

Hace mucho tiempo hubo estudios para cohetes nucleares y naves espaciales. Se hizo evidente que la contaminación creada, incluso sin accidentes, sería muchas, muchas veces la que sería aceptable, y el riesgo de accidentes horrendos era demasiado alto.

Answer 15

La propulsión nuclear es una técnica de propulsión avanzada que se está considerando durante mucho tiempo. Pero desafortunadamente está poco desarrollado debido a razones obvias. La energía nuclear es un campo bastante nuevo y, para ser sincero, no conocemos completamente el verdadero potencial.
Sin mencionar el costo del desarrollo y debemos considerar los efectos de la radiación y el blindaje adecuado para evitar lo mismo.

Habiendo dicho eso, si podemos lograr la propulsión nuclear, va a revolucionar la forma en que vemos el viaje espacial. El viaje intergaláctico se puede hacer mediante el uso de este tipo de propulsión.

Answer 16

si

Generador termoeléctrico de radioisótopos – Wikipedia

Energía nuclear en el espacio – Wikipedia

Answer 17

Para la electricidad? Si. Se han enviado al espacio reactores de fisión y dispositivos RTG.

¿Para propulsión? Si. Aunque la mayoría liberaría demasiada radiación, los cohetes normales se usarían desde la Tierra hasta la órbita y luego los cohetes nucleares se usarían desde la órbita hasta su destino.

https://en.wikipedia.org/wiki/Nu …

Answer 18

Hubo un programa que contribuyó en gran medida al desarrollo de dicho cohete. NERVA

Este artículo dice que fue certificado como bueno para ir a una misión a Marte.

Answer 19

Podemos. Pero en este momento no es muy práctico y, además, las preocupaciones ambientales equivocadas hacen que las aplicaciones nucleares a los vehículos espaciales (tripulados y no tripulados) sean políticamente incorrectas.

Answer 20

Debería echar un vistazo al proyecto Orion, se ha intentado, aparentemente, es la forma más rápida de viaje interestelar que es posible con la tecnología existente