¿Cómo se puede usar la energía nuclear para propulsar cohetes?

Los átomos están hechos de tres partes; protones, neutrones y electrones.

Los protones y los electrones llevan carga eléctrica. Los neutrones son neutros.

Un protón pesa 1836.153 veces la masa de un electrón y tiene carga positiva.

Un neutrón pesa 1838.684 veces la masa de un electrón y es eléctricamente neutro.

Un electrón pesa 1 masa de electrones y tiene carga negativa.

Las cargas negativas y positivas se atraen y se aferran entre sí. Esa atracción se vuelve mucho más fuerte cuanto más se acercan. ¿Qué sucede cuando están uno encima del otro? Dejan de moverse el uno hacia el otro y tienden a estar unidos.

Es algo así como agua corriendo cuesta abajo. Se acumula y deja de moverse en baches y otras inmersiones en la superficie. Igual que aquí. En ese punto dominan otros efectos además de la carga eléctrica.

Uno de los otros efectos principales son aquellos que son el resultado de la diferencia en las masas.

El material pesado cae al centro y está relativamente inmóvil. Los remolinos más ligeros rodean los bordes exteriores. Esto se describe como incertidumbre en la posición. La llamada incertidumbre de Heisenberg. Puede localizar un objeto pesado con mayor precisión que un objeto más ligero. Eso significa que los neutrones y los protones son pequeños en cierto sentido, mientras que los electrones no lo son, porque el electrón no pesa tanto.

Entonces los átomos tienen núcleos centrales positivos y los remolinos alrededor de ese núcleo son nubes de electrones negativos. Las propiedades de la materia tal como la conocemos están dominadas por la forma en que las nubes de electrones interactúan con el mundo exterior. Con luz y con otros átomos. Las cosas tienen colores y reaccionan de cierta manera cuando se juntan.

Estos niveles de energía se miden en términos de voltios de electrones.

Esta es la fuente de toda la energía química y es la energía en la que se basa la vida tal como la conocemos.

Los centros, o núcleos, que en latín significa centro, el centro de los átomos tienen partes muy pesadas que están unidas por fuerzas nucleares, no eléctricas, y porque están tan cerca y porque son tan pesadas, cualquier cambio en el centro o corazón o núcleo de un átomo, produce grandes cambios en la energía. Del orden de millones de electronvoltios para cada átomo.

El poder en el corazón del átomo.

Entonces, así como el cambio químico puede liberar energía en un incendio, también los cambios nucleares pueden liberar energía que es millones de veces mayor.

Las principales formas en que los átomos pueden liberar energía nuclear son separándose (se llama fisión y uniéndose) fusión. Esto se debe a que los átomos que son más pesados ​​que el hierro-56 tienen más energía que el hierro-56. También porque los átomos que son más ligeros que el hierro-56 tienen más energía que el hierro-56. Entonces, cuando los centros atómicos más livianos que el hierro-56 se unen de alguna manera (bajo fusión), se libera energía. Cuando los centros atómicos más pesados ​​que el hierro-56 se separan de alguna manera, se someten a fisión, se libera energía. ¡Mucha energia!

Hay diferentes formas de hacer energía de fusión y fisión. La fusión puede hacerse en un recipiente magnético. Se puede hacer que suceda en un recipiente electrostático. Puede suceder colisionando piezas a alta velocidad: fusión por confinamiento inercial. La fisión implica la descomposición de un núcleo atómico disparando neutrones o protones hacia él. Si el átomo cuando se descompone libera más neutrones de los que comienza, puede desencadenar una reacción en cadena. Mantener eso en marcha y bajo control, crea una fuente de calor controlada. Hacerlo ir muy, muy rápido, lo convierte en una bomba.

Hay sistemas híbridos. Por ejemplo, Lithium-6 más un neutrón produce Tritium y Helium-4 liberando mucha energía. Una especie de proceso de fisión ligero a pesar de la regla general anterior. El tritio es muy enérgico, y si tiene un núcleo de deuterio cerca, se fusionará con él produciendo otro helio-4 y energía y otro neutrón. Esto se llama Jetter Cycle y el resultado es Lithium-6 plus Deuterium produce dos Helium-4 más 22.4 MeV: un kg produce cientos de billones de julios de energía. Un barril de petróleo produce 6.1 mil millones de julios de energía cuando se quema.

Ahora el ciclo Jetter no genera neutrones como lo hace el proceso de fisión, por lo que no puede tener una reacción sostenida, pero puede poner cosas como tungsteno en la mezcla, para obtener reacciones (n, 2n) y criar neutrones, y hay personas que tienen afirmó que hizo dispositivos de ‘fusión fría’ en Italia y en otros lugares que lo han hecho.

Por supuesto, todo esto está altamente clasificado, porque así es como se hacen las bombas de hidrógeno.

Pones una bomba A junto a una gran cantidad de deuteruro de litio-6, y la guardas dentro de una capa de uranio empobrecido. La bomba atómica te proporciona una liberación rápida (explosiva) de energía de ambos materiales, mejorando la liberación de energía. Esto se llama un dispositivo Teller Ulam.

Los detalles de eso son peligrosos. Sin embargo, un reactor Jetter Cycle no lo es. Es como preocuparse por una caja empapada de lluvia que se incendia.

Sería bastante difícil hacer explotar el Deuteruro de litio-6 sin una bomba atómica. Sería bastante fácil obtener Deuteruro de litio-6 mezclado con tungsteno y polonio, para hacer una buena fuente de calor que prácticamente no produzca contaminación a muy bajo costo. Tiny también. Lewis Strauss describió una bombilla nuclear que se ubicaría en el corazón de cada calentador de agua caliente en Estados Unidos y produciría agua caliente, luz y calor, junto con electricidad para el hogar. Dispositivos similares operarían dentro de automóviles, aviones y barcos, poniendo fin a la era del petróleo y evitando el agotamiento de nuestra atmósfera.

A pesar de $ 20 mil millones de dólares y 60 años, todavía tenemos que liberar energía de fusión sostenida. Hemos construido bombas de fusión. La sección transversal del Deuteruro de Litio-6 y ciertos detalles del Ciclo Jetter están muy bien clasificados. Es ilegal aislar Lithium-6 y Deuterium o comprarlo o venderlo excepto para uso experimental.

Hemos lanzado energía de fisión sostenida, pero los diseños no han avanzado mucho desde la década de 1940 debido al secreto que rodea a la tecnología, y eso se adapta muy bien a las compañías petroleras, ya que mantiene los precios de sus productos más altos de lo que podrían ser. A pesar del costo para todos los demás.

Escasez artificial – Wikipedia

Líderes en el pasado, gente como Lewis Strauss, presidente de la Comisión de Energía Atómica, quien dijo en 1954 que para 1970 (el día que todos sabían que Estados Unidos alcanzaría un pico en la producción de petróleo) ¡el poder sería demasiado barato para medir! Desde entonces, Strauss fue demonizado y despedido junto con el físico King Hubbert, el geofísico que descubrió la curva logística de la producción de petróleo para la Tierra.

Función logística – Wikipedia

Toda energía es nuclear en este sentido. La energía geotérmica proviene de la fisión natural que ocurre dentro de la Tierra.

La energía solar proviene del sol, que se cree que funciona con fusión natural de hidrógeno en helio.

El carbón de petróleo y el gas natural son restos de la era carbonífera, una pequeña fracción de la energía solar capturada en ese momento y preservada por una serie de accidentes geológicos. Cuando hayamos terminado de usar este suministro de energía, debemos buscar otra fuente. Esa fuente será geotérmica (fisión nuclear natural) solar, eólica, hidroeléctrica (fusión nuclear natural), fisión artificial, fusión artificial.

Ahora que sabes un poco sobre la energía nuclear, podemos hablar útilmente sobre los cohetes nucleares.


Cohetes térmicos nucleares: use una pila nuclear para calentar un gas inerte y expulsar ese gas a través de una boquilla. Estos vienen en tres sabores, dependiendo del estado de la pila nuclear. Núcleo sólido, núcleo líquido, núcleo de gas. También pueden calentar el fluido por contacto directo con el núcleo, o pueden calentar el fluido al calentarse tanto, la forma dominante de deshacerse del calor es con luz: esto se llama bombilla nuclear. Así es como funcionan los sistemas de núcleo de gas.

Hemos construido cohetes térmicos nucleares de núcleo sólido. No hemos reconocido públicamente el trabajo en cohetes de bombilla nuclear con núcleo de gas. Entonces no puedo mostrarles fotos de ellos.

Cuando JFK pronunció su famoso discurso en la Universidad de Rice, dijo: “Elegimos ir a la luna y hacer las otras cosas, no porque sean fáciles, sino porque son difíciles”. Esas ‘otras cosas’ fueron el desarrollo del cohete nuclear. y el desarrollo y asentamiento de todos los planetas, lunas y cuerpos pequeños en nuestro sistema solar. JFK estableció una conexión clara entre el desarrollo de motores nucleares seguros, confiables, compactos y livianos para cohetes y jets, y el desarrollo de motores nucleares compactos livianos seguros y confiables para cualquier otro uso.

Mucho se dice sobre el desarrollo de Circuitos Integrados y el tipo de spin-offs que crearon la revolución informática e internet debido a la necesidad de circuitos ligeros para el espacio. El auge de Internet solo ha causado interrupciones significativas en la forma en que las personas piensan sobre el gobierno, la banca y los negocios.

Mucho se dice sobre las fotos de la Tierra desde las proximidades de la luna. La imagen lanzó la idea en la gente de la Tierra como un lugar sin fronteras ni conflictos. El surgimiento del movimiento ambiental y el movimiento por la paz se inspiró en esta imagen.

Esto inspiró a mi amigo Carl Sagan a querer lanzar una imagen de la Tierra desde las cercanías de Saturno. Para su sorpresa, se le negó el derecho de hacerlo. Toda la información espacial debe pasar por un censor gubernamental. Es parte de obtener los permisos y tal para construir el lanzamiento y operar su vehículo espacial. La mayoría de la gente no sabe esto. La mayoría de las veces las restricciones tienen sentido. No desea tomar una foto de una base militar que es secreta, etc. Sin embargo, a veces las restricciones son desconcertantes. Inicialmente, a Sagan no se le permitió lanzar su imagen de punto azul claro. Esto lo inspiró a asegurarse de que saliera y, a través de unas pocas semanas de pacientes interrogatorios de funcionarios, lo liberaron y PORQUE los funcionarios hicieron un gran problema al respecto, decidió pasar más tiempo del que de otro modo podría haber pensado en qué decirlo, y por qué era importante para él sacar la imagen.

Mucho se dice sobre el desarrollo del satélite de comunicación y cómo trae información de todo el mundo al instante para todos.

¿Cómo sería el mundo si la energía fuera demasiado barata para medir? ¿Sobre las personas que viajan en cuestión de minutos alrededor del mundo? ¿Moverse rutinariamente más allá de la Tierra y regresar?

¿Si la revolución de la energía nuclear prometida por JFK hubiera tenido lugar junto con estos otros cambios?

Obviamente habría una revolución de naturaleza y un alcance que sería impredecible.

Sobre la religión

Sobre lo que todos encontramos importante. La gente de hoy a través de la acción del conocimiento sin filtrar trajo un gran ancho de banda a cada mente, estamos aprendiendo el significado y la importancia de Zeitgeist o el significado compartido en la formación de la sociedad. Con una energía demasiado barata para medir, llegamos a otra palabra importante que la mayoría no conoce Telos o tiene un propósito compartido y está dando forma a la sociedad.

Los cambios antes mencionados han resultado en cambios que se filtraron de un programa espacial atrofiado que tuvo un impacto que no fue apreciado cuyos resultados no fueron pronosticados.

Todas las escaseces artificiales mantenidas por todos aquellos que se benefician de tal escasez, particularmente aquellos que apoyan los precios más altos de la energía, están amenazados por estos desarrollos.

Por lo tanto, no tuvieron lugar, y nuestros asuntos de hoy se están formando para obtener el control sobre los cambios que se filtraron y nos devolvieron a estados anteriores de ignorancia y docilidad.

Los cohetes térmicos nucleares de núcleo sólido como los descritos y mostrados aquí producen velocidades de escape de 8 km / seg a 12 km / seg, el doble que los cohetes químicos y los cohetes como estos tienen un empuje de 10 a 1 a peso 1/7 tan bueno como el químico cohetes

Los cohetes de bombilla nuclear pueden funcionar considerablemente mejor en ambas medidas si alguna vez se construyen.

Nuclear Pulse Rockets : detona una bomba atómica limpia, también conocida como bomba humanitaria, detrás de una placa de empuje o dentro de un recipiente de contención para producir empuje. Estos tienen velocidades de escape de 10 km / seg a 20 km / seg y 30 a 1 de empuje al peso. No hemos construido ninguno de estos hasta donde se nos permite saber, pero se ha realizado una investigación considerable. Esto nos habría dado acceso industrial al sistema solar.

Cohetes eléctricos nucleares : use una estación compacta de energía eléctrica nuclear para conducir un motor de cohete eléctrico. Estos pueden clasificarse por la naturaleza de la fuente nuclear y la naturaleza del motor del cohete eléctrico. Los motores eléctricos incluyen resistojet, donde hay una gran bobina de calentamiento en el chamger de combustión del cohete, a variedades de cohetes iónicos que convierten el propulsor en plasma y usan campos eléctricos o magnéticos para disparar el plasma a altas velocidades. Estos tienen velocidades de escape de 20 km / seg a 60 km / seg – y tienen 1/100 a 1 a 1 / 10,000 a 1 empuje al peso. (muy bajo). El bajo empuje no importa en la gravedad cero del espacio.

Uso directo de productos de reacción: esto implica dirigir los productos de reacción de una explosión atómica utilizando campos magnéticos o eléctricos, para producir velocidades de escape de 1,000 a 22,500 km / seg y lograr relaciones de empuje a peso de 10 o más. Tales cohetes nos darían cohetes de impulso constante y nos darían un fácil acceso al sistema solar, y nos permitirían explorar las estrellas cercanas.

Existen tres conceptos principales de propulsión nuclear: propulsión nuclear nuclear, térmica nuclear y pulso nuclear.

La propulsión eléctrica nuclear utiliza un reactor de fisión relativamente convencional para generar las enormes cantidades de electricidad necesarias para operar un propulsor eléctrico de alta potencia. Los propulsores eléctricos son mucho más eficientes en combustible que los motores de cohete convencionales, pero requieren enormes cantidades de electricidad para funcionar y producen solo una pequeña cantidad de empuje, que necesitan meses de funcionamiento constante para alcanzar altas velocidades. Los propulsores eléctricos de la generación actual funcionan con energía solar, pero estos son lo suficientemente potentes como para impulsar pequeñas sondas espaciales. Un reactor nuclear proporcionaría suficiente potencia para impulsar una gran nave espacial tripulada

La propulsión térmica nuclear funciona de manera similar a los cohetes químicos convencionales. Los cohetes térmicos químicos y nucleares funcionan calentando un propulsor y expulsándolo por la parte posterior del cohete a la mayor velocidad posible. Los cohetes químicos derivan este calor de una reacción química (combustión), mientras que los cohetes térmicos nucleares lo derivan de un reactor nuclear de potencia extremadamente alta. La NASA construyó un cohete térmico nuclear experimental destinado a ser lanzado en el Saturno 5 a principios de la década de 1970 llamado NERVA. El reactor que usaron sigue siendo el reactor más poderoso jamás construido. Los cohetes térmicos nucleares pueden alcanzar velocidades de escape 2–3 veces más altas que un cohete químico, lo que los hace 2–3x más eficientes en combustible. A diferencia de los cohetes Nuclear Electric, los cohetes Nuclear Thermal pueden producir grandes cantidades de empuje al igual que los cohetes químicos convencionales, aunque no lo suficientemente altos como para ser utilizados como primera etapa.

La propulsión de pulso nuclear implica la detonación de bombas nucleares detrás de la nave espacial y el uso de la onda de choque para impulsarla hacia adelante. Esta fue una propuesta seria en la década de 1960, con el nombre en código del Proyecto Orión. Desde entonces hemos vuelto a nuestros sentidos y aceptamos esta idea como una locura, pero en teoría esto podría usarse para propulsar naves espaciales gigantescas con masas que exceden las 10000 toneladas hasta velocidades enormes. Este es el único concepto de propulsión que podría construirse utilizando la tecnología actual que es lo suficientemente potente como para propulsar una nave espacial interestelar tripulada.

Primero, gran pregunta. Necesitamos energía nuclear para llevar a cabo misiones tripuladas más allá de Marte, hacia el Sistema Solar exterior y el espacio interestelar.

Algunos de los diseños más básicos son los cohetes térmicos nucleares que utilizan energía nuclear para generar calor, lo que calienta el propulsor y expulsa detrás del cohete. Tenemos totalmente la tecnología para construir esto, e incluso hicimos un prototipo en la década de 1960, pero lamentablemente nunca funcionó.

(NASA)

Los cohetes térmicos nucleares tienen un impulso específico varias veces mayor que incluso los mejores cohetes químicos, por lo que esto permitiría misiones tripuladas a las lunas de Júpiter y Saturno.

Aún mejores son los cohetes nucleares con núcleo de gas, con un impulso específico en el rango de 3000 a 5000 segundos, aproximadamente un orden de magnitud mejor que los cohetes químicos. Aquí hay un diagrama de la NASA:

Ahora es el momento de ir interestelar.

El cohete nuclear de agua salada es alimentado por reacciones nucleares dentro de soluciones de sales de uranio y plutonio. El agua salada se bombea a una cámara de reacción hasta que alcanza una masa crítica, produciendo una explosión nuclear continua que impulsa la nave espacial hacia adelante. Recomendaría lanzar desde una órbita baja o la Luna en lugar de la superficie de la Tierra, ya que el lanzamiento de este cohete arrojaría miles de toneladas de agua sucia radiactiva.

Pero aparte de eso, es excelente: con velocidades potenciales tan altas como 3.6% de la velocidad de la luz, este es el primer diseño que he mencionado que es práctico para misiones en el espacio interestelar cercano. Podríamos llegar a la Nube interna de Oort en unos pocos años y a la Nube externa de Oort en unas pocas décadas.

Y esto lleva a mi cohete nuclear favorito de todos, el Proyecto Orión . En este diseño, una nave espacial lanzaría miles de bombas nucleares que detonarían a pocos kilómetros detrás de la nave. La fuerza de la explosión rebotaría en una placa de empuje y conduciría el cohete hacia adelante a velocidades de hasta … 8–11% de la velocidad de la luz con una carga útil de hasta 3 millones de toneladas (~ 30 portaaviones, o una pequeña ciudad si querido).

(Siguiente gran futuro)

A estas velocidades, se podría llegar a varios de los sistemas estelares más cercanos, incluido Proxima Centauri con su planeta habitable, dentro de una vida humana.

Lamentablemente, ninguno de estos ha superado la etapa de prototipo. Agrietarse, humanidad.


Estos son solo algunos de mis diseños favoritos. Para una descripción más completa, mira el video de Isaac Arthur:

De todas las tecnologías, el Nuclear Thermal Rocket (NTR) es la propulsión de naves espaciales basadas en Nuclear más estudiada. Tanto los Estados Unidos como la Rusia soviética han estado investigando activamente sobre este tipo de cohetes desde la era de la Guerra Fría. Sin embargo, hay muchos menos detalles disponibles del programa soviético, el programa NERVA de los EE. UU. Fue una investigación muy extensa sobre NTR. Se desarrollaron varios modelos de trabajo de diferentes tamaños y se demostró con éxito la factibilidad de uso.

Los NTR se estudiaron principalmente para usarse en la etapa superior del cohete o para impulsar una nave espacial en el espacio exterior. Esto fue principalmente para evitar cualquier contaminación nuclear causada por el escape de este cohete. De hecho, se planeó que el gigantesco cohete lunar Saturno V tuviera una variante nuclear llamada Saturno CN, donde la tercera etapa sería de tipo NTR. Este cohete estaba destinado a la misión de Marte y se pensó que este cambio aumentaría la capacidad de carga de 118 toneladas a 155 toneladas.

“¿Cómo se puede usar la energía nuclear para propulsar cohetes?”

Muy cuidadosamente. Los cohetes de iones solares son la mejor opción hasta Júpiter, como lo demostró Juno.

Lanzar reactores nucleares de fisión desde la Tierra es demasiado peligroso, y hacer una honda a una velocidad aún mayor alrededor de la Tierra es aún peor. Ya hemos tenido reactores y RTG se rompe en la atmósfera de la Tierra. Kosmos 954 – Wikipedia

Tenemos mucho sistema solar para explorar antes de que necesitemos cohetes nucleares.

Incluso más allá de Júpiter, hay planes para espejos solares livianos para extender el rango de la energía solar.

El único sistema nuclear marginalmente aceptable sería el reactor de fusión Polywell si funciona según lo previsto.

Lo que la mayoría de la gente no entiende es que tener cohetes tan poderosos en el espacio es una amenaza para la vida en la tierra o en cualquier otro lugar que colonicemos. Cualquier cohete tan poderoso puede desviar asteriscos para golpear planetas. Todavía nos estamos amenazando mutuamente con la guerra nuclear en la tierra: no estamos preparados.

No para cohetes de superficie a aire / superficie, o incluso cohetes para impulsar naves espaciales a órbita.

Pero para el viaje de tipo interestelar, la creación de un haz ION probablemente se convierta en un concepto de propulsión viable.

Simplemente lea lo que ya está bien publicado en Internet:

Energía nuclear en el espacio – Wikipedia

El reactor de energía nuclear proporciona la energía (calor y presión) al fluido de trabajo que luego se descarga en una boquilla para producir el empuje. Sencillo.