El nuevo propulsor nuclear-solar con el que la NASA quiere llegar a Urano

El programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA se encarga de subvencionar una serie de proyectos que podrían convertirse en las tecnologías más vanguardistas de la NASA en las próximas décadas. Entre los ganadores de la edición de 2024 se encuentra esta prometedora fuente de propulsión que combina la energía solar con la nuclear. Si funciona como esperan, este motor compacto será el encargado de llevar pequeñas naves espaciales hasta los confines del sistema solar y más allá.

La idea parte de un equipo de científicos del Rochester Institute of Technology, en EEUU. El año pasado, la NASA ya dio luz verde a la primera fase del proyecto, cuyo objetivo es crear un nuevo tipo de fuente de energía térmica, las células termorradiativas. En la fase 1, el equipo demostró la viabilidad de su tecnología y ahora la NASA ha aprobado su pase a la segunda fase con el objetivo de aumentar la generación de energía al tiempo que reducen aún más el tamaño y el peso.

Cómo funciona

Muchas de las naves que tenemos en el espacio ahora mismo utilizan paneles solares para convertir la luz solar en electricidad que alimenta sus aparatos científicos y sus propulsores. Sin embargo, el sistema solar y los planetas que lo habitan tienen ambientes tan extremos que hacen que los paneles sean menos eficaces allí arriba que en la Tierra. El nuevo sistema de los investigadores de Rochester quiere, no solo evitar este problema, sino hacer que sus propulsores sean mucho más potentes y eficientes.

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El equipo ya demostró en la primera fase de NIAC que la efectividad de sus células termorradiativas (TRC). Este sistema funciona como una célula solar, pero al revés: convierte el calor de una fuente radioisotópica en luz infrarroja que se envía al universo frío, generando electricidad durante el proceso.

Al unir las TRC a los generadores termoeléctricos radioisotópicos (RTG) —unas baterías nucleares que convierten en electricidad el calor producido por la desintegración de un material radiactivo— consiguen un motor que no tiene piezas móviles, lo que hace que puedan funcionar durante largos periodos de tiempo sin riesgo de fallos mecánicos por muy duras que sean las condiciones exteriores.

El TRC aprovecha el calor de un radioisótopo, el combustible nuclear, consiguiendo un aumento significativo de la densidad de potencia si se comparan con los paneles solares tradicionales. Además, también ofrece la posibilidad de reducir drásticamente su tamaño en comparación con los generadores radioisotópicos comunes, lo que permite misiones con naves espaciales más pequeñas y versátiles.

Avances de la Fase 2

La primera fase convenció al equipo, y a la NASA, del potencial de la tecnología. Su demostrador consiguió generar 8 vatios de energía eléctrica a partir de una pastilla de Plutonio-238 (Pu-238) de 62,5 vatios que iba dentro de un TRC modificado. El peso total de la fuente de calor y el TRC es de 622 gramos y puede producir 12,7 W de potencia por cada kilogramo de peso. Este rendimiento es más de 4,5 veces superior al de los motores RTG que se usan en las actuales en misiones espaciales.

En la segunda fase, los investigadores se centrarán en la reducción del tamaño, el peso y el consumo de energía del sistema. El equipo tiene previsto realizar experimentos para encontrar nuevos combustibles y dispositivos TRC que puedan soportar altas temperaturas.

El nuevo sistema servirá para propulsar futuras misiones a distintos planetas y sus satélites naturales dentro del sistema solar. Si se instala este propulsor compacto en naves espaciales tan pequeñas como los CubeSats (microsatélites), estas misiones podrían llegar a Urano, como ya está previsto en el programa NIAC, o tener la suficiente energía para ir aún más allá.

“Analizaremos un convertidor termorradiante de radioisótopos para alimentar una misión de cubesat que opere en Urano”, escribe Stephen Polly, líder del proyecto e investigador del Rochester Institute of Technology. “Esto incluirá un estudio de diseño de ingeniería de nuestra misión de referencia con el equipo de ingeniería Compass del Centro de Investigación Glenn de la NASA, experto en el impacto de las nuevas tecnologías en el diseño de naves espaciales en el contexto de una misión global, incorporando todas las disciplinas de ingeniería y combinándolas a nivel de sistema. Por último, desarrollaremos una hoja de ruta tecnológica de los componentes necesarios del TRC para impulsar una futura misión”.