Ya tenemos submarinos de propulsión nuclear, entonces ¿por qué no tenemos naves espaciales de propulsión nuclear?

Oye, aunque la mayoría de las respuestas cubrieron muy bien las razones por las que no usamos reactores nucleares en el espacio, creo que vale la pena agregar que en realidad estábamos desarrollando un diseño bastante eficiente y poderoso de sistemas de propulsión de naves espaciales basados ​​en la detonación nuclear. El Proyecto Orión, como han decidido llamarlo, era totalmente factible con la tecnología actual de la década de 1950 (cuando comenzaron los estudios) y, mediante el uso de cualquier campo gravitacional disponible, sería, en teoría, capaz de impulsar una nave espacial a velocidades en el rango de 0.08 a 0.1% de la velocidad de la luz (si fuera a usar el sistema de propulsión principal para reducir la velocidad, si se implementaran otros medios de reducción de velocidad, como velas magnéticas o uso estratégico de estrellas y planetas gravitacionales campos – la velocidad de crucero podría ser un asombroso 9 a 11% de la velocidad de la luz – aproximadamente 30,000 km / s – tales velocidades harían que el viaje interestelar sea realmente factible).

La idea principal era simplemente detonar algunas bombas A moderadamente potentes detrás del vehículo y usar la explosión para generar empuje, Carl Sagan dijo que este era posiblemente el mejor uso que podríamos dar al arsenal nuclear de la posguerra fría y algunos científicos prominentes se convirtieron rápidamente en entusiastas . Incluso hay una charla TED sobre el tema, y ​​un documental de la BBC, ” To Mars by A-Bomb: The Secret History of Project Orion” si está interesado.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/…

Las aplicaciones de tal diseño fueron sorprendentes, desde la colonización de Marte hasta la cápsula de escape planetaria y el viaje interestelar, la cosa podría impulsar muchas ideas. Dejaré este aquí porque es

Sin embargo, el diseño y la idea general se abandonaron debido al tratado de prohibición parcial de pruebas:

Tratado de prohibición parcial de pruebas nucleares – Wikipedia

Ahora, no odiemos ese tratado, las pruebas nucleares eran una preocupación creciente en ese momento, no solo por la proliferación nuclear, sino también por la inevitable contaminación de grandes áreas y la forma bastante imprevisible que desafortunadamente podría propagarse esa radiación (las corrientes de agua y aire son no tan constante, especialmente cuando es molestado por tales pruebas). Y, aparentemente, su promulgación coincidió con una disminución en la cantidad de partículas radiactivas en la atmósfera.

Además, había un diseño de un motor nuclear para la aplicación de vehículos cohete ( NERVA ) que se probó exhaustivamente y cumplió con todos y cada uno de los requisitos para una misión tripulada a Marte (excediendo algunos de ellos). Wikipedia dice que

“NERVA demostró que los motores de cohetes térmicos nucleares eran una herramienta viable y confiable para la exploración espacial, y a fines de 1968 SNPO certificó que el último motor NERVA, el NRX / XE, cumplía con los requisitos para una misión humana a Marte. Aunque los motores NERVA se construyeron y probaron tanto como fue posible con componentes certificados para el vuelo y el motor se consideró listo para la integración en una nave espacial, el Congreso canceló gran parte del programa espacial de los EE. UU. Antes de que pudiera llevarse a cabo una misión tripulada a Marte.

NERVA fue considerado por AEC, SNPO y NASA como un programa altamente exitoso; cumplió o excedió los objetivos de su programa. Su objetivo principal era “establecer una base tecnológica para los sistemas de motores de cohetes nucleares que se utilizarán en el diseño y desarrollo de sistemas de propulsión para la aplicación de misiones espaciales”.

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Prácticamente todos los planes de misiones espaciales que usan cohetes térmicos nucleares usan diseños derivados del NERVA NRX o Pewee ”.

¡Mira esa cosa bonita! Ahora, en serio, imagínese si esto fuera una prioridad real para el gobierno de los EE. UU., Considerando que el sistema de propulsión principal se consideraba listo, con unos 10-15 años de planificación y desarrollo, ¡podríamos haber enviado una misión tripulada a Marte, en los años 70!

Aquí puede ver uno de los diseños posteriores en los campos de prueba (desierto de Nevada)

El proyecto se abandonó porque la NASA tuvo que cancelar el desarrollo del cohete de la serie Saturno en 1969, debido a los recortes presupuestarios y el NERVA fue planeado y desarrollado con estos cohetes en mente, por lo que, aunque todavía realizaron algunas pruebas después de eso, todo se cerró. abajo en 1972.

Sin embargo, wiki afirma que “para el vehículo del Sistema de Lanzamiento Espacial actualmente en desarrollo, se está estudiando un motor adicional más allá de LEO para el viaje interplanetario desde la órbita de la Tierra a la órbita de Marte y viceversa, a partir de 2013 en el Centro de Vuelo Espacial Marshall con un enfoque en motores de cohetes térmicos nucleares (NTR).

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En pruebas históricas en tierra, los NTR demostraron ser al menos dos veces más eficientes que los motores químicos más avanzados, permitiendo un tiempo de transferencia más rápido y una mayor capacidad de carga. La duración de vuelo más corta, estimada en 3–4 meses con motores NTR,

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comparado con 8–9 meses usando motores químicos,

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reduciría la exposición de la tripulación a los rayos cósmicos potencialmente dañinos y difíciles de proteger.

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Los motores NTR, como el Pewee de Project Rover, se seleccionaron en la Arquitectura de referencia de diseño de Marte (DRA).

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[12] ”

Entonces, sí, todavía hay mucha esperanza. En realidad, se desarrolló un diseño similar utilizando la tecnología actual

Proyecto Timberwind – Wikipedia

Y, hombre, ¿se ve bien?

Pero, finalmente se dejó caer …

Luego trataron de revivir la ideia nuevamente, con el proyecto prometheus, en 2003, que estaba destinado a “desarrollar sistemas de energía nuclear para misiones espaciales de larga duración. Esta fue la primera incursión seria de la NASA en la propulsión de naves espaciales nucleares desde la cancelación del proyecto SNTP en 1995 ”

Sin embargo, “El proyecto fue cancelado en 2005. [1] Su presupuesto se redujo de $ 252.6 millones en 2005 [2] a solo $ 100 millones en 2006, de los cuales $ 90 millones fueron para costos de liquidación de contratos cancelados ”.

Ah, y al mismo tiempo que la NASA estaba desarrollando el proyecto Orion, la Unión Soviética estaba desarrollando un reactor nuclear liviano destinado al uso espacial a largo plazo, el programa TOPAZ

Ahora, estos tipos realmente llegaron al espacio, donde fueron probados exhaustivamente, uno de ellos funcionó durante más de un año sin ningún problema, por lo tanto, con bastante éxito. De hecho, después del colapso de la Unión Soviética, Estados Unidos compró algunos de ellos para probar y:

“Seis reactores TOPAZ-II y su equipo de soporte asociado fueron trasladados a los EE. UU., Donde fueron sometidos a pruebas exhaustivas por ingenieros estadounidenses, británicos, franceses y rusos. El diseño único de los reactores les permitió ser probados sin ser alimentados. Aunque el programa de prueba se consideró un éxito, no se llevaron a cabo planes para volar ninguno de los reactores.

[6] ”

Reactor nuclear TOPAZ – Wikipedia

Los soviéticos tenían la intención de aplicar los conocimientos adquiridos en el programa TMK, que fue una respuesta al alunizaje de los EE. UU. Y estaba destinado a enviar una misión tripulada a Marte y Venus sin aterrizar. Lamentablemente, sin embargo, nunca lograron que funcionara.

TMK-1

Los rusos revivieron el programa de desarrollo y supuestamente están desarrollando una nave espacial de cohetes eléctricos nucleares no tripulados, cuya fecha de prueba del reactor está programada para 2018. Aunque no hay mucha información sobre este.

TEM (propulsión nuclear) – Wikipedia

Los británicos también realizaron un estudio sobre algo similar al Orión en los años 70, el Proyecto Daedalus – Wikipedia, que estaba destinado a utilizar una tecnología un poco más compleja (es decir, un cohete de fusión) para alcanzar una estrella a 5.9 años luz de distancia en 50 años. viaje. Sin embargo, no fue más que un estudio.

Aún así, muy bien.

La NASA hizo algo similar, el proyecto de largo alcance, que “habría sido una sonda no tripulada, destinada a volar y entrar en órbita alrededor de Alpha Centauri B con propulsión de pulso nuclear.

[1] “y fue algo así como un sucesor para proyectar Orión, pero en realidad nunca despegó.

Es un poco triste que tuvimos que detener tantas investigaciones prometedoras (algunas simplemente porque no podíamos confiar el uno en el otro para no lanzar una bomba atómica al espacio sin fines destructivos). En realidad, al observar todos los proyectos, se puede ver que la mayoría de ellos fueron bastante factibles dado algún apoyo político (que depende en gran medida de la opinión pública) y, dado que actualmente estamos teniendo otra oportunidad en eso … intentemos no arruinarlo esta vez.

Hasta ahora, ninguna nave espacial ha utilizado la energía nuclear para generar empuje, pero hemos enviado sistemas de energía nuclear bastante grandes al espacio como otros han señalado. Cassini tenía 32 kg de dióxido de plutonio-238. Una de las grandes razones es el peligro de un desastre de despegue. La gente de Cassini argumentó que los generadores nucleares no sufrirían daños mayores, incluso en el peor de los casos. Lo que no mencionaron fue que el sobrevuelo más tarde se acercaría a la Tierra a velocidades muy altas, lo suficientemente altas como para vaporizar el plutonio si hubiera un error y golpeara la atmósfera de la Tierra. La energía solar fotovoltaica es más ligera por unidad de potencia y energía que la de Saturno. Algunos buscan usar la concentración para usar la energía solar mucho más lejos.

Lo hacemos … más o menos. Hay satélites que usan plutonio y el calor generado por este para producir electricidad para alimentar la nave espacial.

Sin embargo, un reactor real requiere blindaje para que sea seguro para las personas operarlo. Es difícil de alguna manera impulsar todo ese blindaje en órbita. Además, un reactor de agua a presión requiere una corriente constante de agua de reposición para los circuitos primarios y secundarios. No me queda claro de dónde provendría esa agua de alimentación mientras está en órbita y / o espacio, especialmente en vuelos de larga duración. Para un submarino, por otro lado, esa fuente de agua es abundante e ilimitada.

Solo algunos factores:

  • tenemos sondas espaciales de propulsión nuclear
  • Los submarinos nucleares se construyen convenientemente en la costa. Luego se usa la gravedad para bajarlos al agua. Si construyes una nave espacial, debes superar la gravedad para colocarla en su ubicación prevista.
  • Los reactores nucleares impulsan turbinas de vapor que hacen girar un enorme tornillo que mueve el submarino a través del agua (un medio). Estos tornillos no funcionan muy eficazmente contra el aire, y mucho menos el vacío del espacio.
  • Los submarinos nucleares son muy caros de construir y operar. Es muy difícil justificar los gastos. Prefiero ver ese dinero gastado en la exploración espacial, pero actualmente ninguna nación quiere financiar eso en un nivel similar o incluso similar.

Nuestra tecnología actual es lamentablemente inadecuada para construir una nave espacial como se ve en las películas, ya sea en la Tierra o en órbita.

Tenemos bastantes ideas inteligentes que funcionan en el laboratorio y / o en pequeña escala, pero aún no en grande.

¡Pero por favor sigue mirando hacia arriba y quizás algún día nuestros deseos se hagan realidad!

La energía nuclear funciona creando grandes cantidades de calor, no de fuerza. Para llevar una nave al espacio, debe ser impulsada por una gran fuerza creada por una explosión, como la iluminación y la dirección del escape del combustible del cohete.

Una vez en el espacio, un barco no necesita grandes cantidades de electricidad para operar, por lo tanto, los paneles solares son más útiles que un reactor de fisión. También son más ligeros y fáciles de operar.

Los reactores de fisión también necesitan grandes cantidades de agua para enfriarse y convertirse en vapor que luego se utiliza para generar electricidad. No sería factible lanzar esa cantidad de agua al espacio.

Como nota al margen también, los expertos sabrían mejor que yo, pero una nave espacial o estación espacial no podría albergar de manera segura un reactor de fisión, y si ocurriera un incidente en el espacio que resultara en una explosión, la explosión podría provocar un pulso electromagnético que haría que todos los dispositivos eléctricos en la superficie de la tierra dejaran de funcionar, y la lluvia radiactiva se extendería por continentes y océanos enteros; Los riesgos involucrados en la construcción de una nave espacial nuclear superan los beneficios diez veces.

Tenemos naves espaciales no tripuladas impulsadas por RTG, generadores termoeléctricos de radioisótopos.

Los reactores son pesados ​​debido a la protección contra la radiación, que es un problema. Es realmente caro acelerarlos para escapar de la velocidad.

Entonces necesitarías una misión. ¿A donde quieres ir?

Debido a que los reactores nucleares son muy pesados ​​y cuesta algo así como cientos de miles de dólares enviar 1 libra al espacio y los reactores nucleares pesan cientos de toneladas.