Estamos construyendo naves espaciales termonucleares nuevamente, esta vez de verdad
Phoebus 2A, el reactor nuclear espacial más potente jamás construido, se disparó en el sitio de pruebas de Nevada el 26 de junio de 1968. La prueba duró 750 segundos y confirmó que podría llevar a los primeros humanos a Marte. Pero Phoebus 2A no llevó a nadie a Marte. Era demasiado grande, costaba demasiado y no encajaba con la idea de Nixon de que no teníamos por qué ir más allá de la órbita terrestre baja.
Pero no fue la NASA la primera en pedir cohetes de propulsión nuclear. Fueron los militares los que quisieron utilizarlos para misiles balísticos intercontinentales. Y ahora, los militares los quieren de nuevo.
Misiles balísticos intercontinentales de propulsión nuclear
El trabajo sobre cohetes termonucleares (NTR) comenzó con el programa Rover iniciado por la Fuerza Aérea de EE. UU. a mediados de la década de 1950. El concepto era simple sobre el papel. Tome tanques de hidrógeno líquido y use turbobombas para alimentar este hidrógeno a través del núcleo de un reactor nuclear para calentarlo a temperaturas muy altas y expulsarlo a través de la boquilla para generar empuje. En lugar de hacer que el gas se calentara y expandiera quemándolo en una cámara de combustión, el gas se calentaba entrando en contacto con un reactor nuclear.
La principal ventaja fue la eficiencia del combustible. El “impulso específico”, una medida similar al consumo de combustible de un cohete, podría calcularse a partir de la raíz cuadrada de la temperatura de los gases de escape dividida por el peso molecular del propulsor. Esto significaba que el propulsor más eficiente para los cohetes era el hidrógeno porque tenía el peso molecular más bajo.
En los cohetes químicos, el hidrógeno debía mezclarse con un oxidante, lo que aumentaba el peso molecular total del propulsor, pero era necesario para que se produjera la combustión. Los cohetes nucleares no requerían combustión y podían funcionar con hidrógeno puro, lo que los hacía al menos dos veces más eficientes. La Fuerza Aérea quería lanzar de manera eficiente ojivas nucleares a objetivos en todo el mundo.
El problema era que operar reactores estacionarios en la Tierra era una cosa; hacerlos volar era otra muy distinta.
Desafío del reactor espacial
Las barras de combustible fabricadas con óxido de uranio 235 distribuido en una matriz metálica o cerámica constituyen el núcleo de un reactor de fisión estándar. La fisión ocurre cuando un neutrón de movimiento lento es absorbido por un núcleo de uranio-235 y lo divide en dos núcleos más ligeros, liberando enormes cantidades de energía y un exceso de neutrones muy rápidos. Este exceso de neutrones normalmente no desencadena más fisiones porque se mueven demasiado rápido para ser absorbidos por otros núcleos de uranio.
Iniciar una reacción en cadena que mantenga el reactor en funcionamiento depende de frenarlo con un moderador, como el agua, que «modera» su velocidad. Esta reacción se mantiene a niveles moderados mediante barras de control fabricadas con materiales absorbentes de neutrones, normalmente boro o cadmio, que limitan el número de neutrones que pueden desencadenar la fisión. Los reactores se ajustan hacia arriba o hacia abajo moviendo barras de control dentro y fuera del núcleo.
Traducir todo esto a un reactor volador es un desafío. El primer problema es el combustible. Cuanto más se calientan los gases de escape, más aumenta el impulso específico, por lo que los NTR necesitaban que el núcleo funcionara a temperaturas que alcanzaban los 3.000 K, casi 1.800 K más que los reactores terrestres. Fabricar barras de combustible que pudieran sobrevivir a tales temperaturas resultó ser extremadamente difícil.
Luego estaba el propio hidrógeno, que es extremadamente corrosivo a estas temperaturas, especialmente cuando interactúa con los pocos materiales que son estables a 3.000 K. Finalmente, también hubo que desechar las barras de control estándar, porque, en el suelo, estaban lanzado gravitacionalmente al núcleo, y esto no funcionaría en vuelo.
El Laboratorio Científico de Los Álamos propuso algunos proyectos NTR prometedores que abordaban todas estas cuestiones en 1955 y 1956, pero el programa realmente cobró impulso después de ser transferido a la NASA y la Comisión de Energía Atómica (AEC) en 1958. Allí, la idea pasó a llamarse NERVA, Motor Nuclear para Aplicaciones en Vehículos Cohetes. La NASA y la AEC, bendecidas con presupuestos casi ilimitados, se dedicaron a construir reactores espaciales (muchos de ellos).
