Con los sueños de Marte en la mente tanto de la NASA como de Elon Musk, Se avecinan misiones tripuladas de larga distancia a través del espacio. Pero es posible que se sorprenda al saber que los cohetes modernos no van mucho más rápido que los cohetes del pasado.

Hay muchas razones por las que una nave espacial más rápida es mejor, y los cohetes de propulsión nuclear son una forma de hacerlo. Ofrecen muchos beneficios sobre los cohetes tradicionales que queman combustible o los modernos cohetes eléctricos alimentados por energía solar. pero solo ha habido ocho lanzamientos espaciales estadounidenses con reactores nucleares en los últimos 40 años.

Sin embargo, el año pasado cambiaron las leyes que regulan los vuelos espaciales nucleares y ya se ha comenzado a trabajar en esta próxima generación de cohetes.

¿Por qué la necesidad de velocidad?

El primer paso de un viaje espacial implica el uso de cohetes de lanzamiento para poner una nave en órbita. Estos son los grandes motores que queman combustible que la gente imagina cuando piensa en el lanzamiento de cohetes y no es probable que desaparezcan en un futuro previsible debido a las limitaciones de la gravedad.

Una vez que una nave llega al espacio, las cosas se ponen interesantes. Para escapar de la gravedad de la Tierra y alcanzar destinos en el espacio profundo, los barcos necesitan una aceleración adicional. Aquí es donde entran en juego los sistemas nucleares. Si los astronautas quieren explorar algo más allá de la Luna y quizás Marte, van a necesitar ir muy, muy rápido. El espacio es enorme y todo está lejos.

Hay dos razones por las que los cohetes más rápidos son mejores para viajes espaciales de larga distancia:seguridad y tiempo.

Los astronautas en un viaje a Marte estarían expuestos a niveles muy altos de radiación que pueden causar serios problemas de salud a largo plazo, como cáncer y esterilidad. El blindaje contra la radiación puede ayudar, pero es extremadamente pesado, y cuanto más larga sea la misión, más blindaje se necesita. Una mejor manera de reducir la exposición a la radiación es simplemente llegar más rápido a su destino.

Pero la seguridad humana no es el único beneficio. A medida que las agencias espaciales exploran el espacio, es importante obtener datos de misiones no tripuladas lo antes posible. La Voyager-2 tardó 12 años en llegar a Neptuno, donde tomó algunas fotos increíbles mientras pasaba volando. Si la Voyager-2 tuviera un sistema de propulsión más rápido, los astrónomos podrían haber tenido esas fotos y la información que contenían años antes.

La velocidad es buena. Pero, ¿por qué los sistemas nucleares son más rápidos?

Sistemas de hoy

Una vez que un barco ha escapado de la gravedad de la Tierra, Hay tres aspectos importantes a considerar al comparar cualquier sistema de propulsión:

• Thrust:qué tan rápido un sistema puede acelerar un barco
• Eficiencia masiva:cuánto empuje puede producir un sistema con una determinada cantidad de combustible.
• Densidad energética:cuánta energía puede producir una determinada cantidad de combustible.

Hoy dia, Los sistemas de propulsión más comunes en uso son la propulsión química, es decir, cohetes regulares que queman combustible y sistemas de propulsión eléctrica alimentados por energía solar.

Los sistemas de propulsión química proporcionan mucho empuje, pero los cohetes químicos no son particularmente eficientes, y el combustible para cohetes no es tan denso en energía. El cohete Saturno V que llevó a los astronautas a la Luna produjo 35 millones de Newtons de fuerza en el despegue y llevó 950, 000 galones de combustible. Si bien la mayor parte del combustible se utilizó para poner el cohete en órbita, las limitaciones son evidentes:se necesita mucho combustible pesado para llegar a cualquier parte.

Los sistemas de propulsión eléctrica generan empuje utilizando electricidad producida a partir de paneles solares. La forma más común de hacer esto es usar un campo eléctrico para acelerar los iones, como en el propulsor Hall. Estos dispositivos se utilizan comúnmente para alimentar satélites y pueden tener una eficiencia de masa cinco veces mayor que los sistemas químicos. Pero producen mucho menos empuje, alrededor de tres Newtons, o solo lo suficiente para acelerar un automóvil de 0 a 60 mph en aproximadamente dos horas y media. La fuente de energía, el Sol, es esencialmente infinita, pero se vuelve menos útil cuanto más se aleja del Sol el barco.

Una de las razones por las que los cohetes de propulsión nuclear son prometedores es porque ofrecen una densidad de energía increíble. El combustible de uranio utilizado en los reactores nucleares tiene una densidad energética 4 millones de veces mayor que la hidracina. un propulsor químico típico de cohetes. Es mucho más fácil llevar una pequeña cantidad de uranio al espacio que cientos de miles de galones de combustible.

Entonces, ¿qué pasa con el empuje y la eficiencia de masa?

Dos opciones para nuclear

Los ingenieros han diseñado dos tipos principales de sistemas nucleares para viajes espaciales.

El primero se llama propulsión térmica nuclear. Estos sistemas son muy potentes y moderadamente eficientes. Usan un pequeño reactor de fisión nuclear, similar a los que se encuentran en los submarinos nucleares, para calentar un gas, como el hidrógeno, y ese gas luego se acelera a través de una boquilla de cohete para proporcionar empuje. Los ingenieros de la NASA estiman que una misión a Marte impulsada por propulsión térmica nuclear sería entre un 20% y un 25% más corta que un viaje en un cohete propulsado por productos químicos.

Los sistemas de propulsión térmica nuclear son más del doble de eficientes que los sistemas de propulsión química, lo que significa que generan el doble de empuje utilizando la misma cantidad de masa propulsora, y pueden entregar 100, 000 Newtons de empuje. Esa es la fuerza suficiente para hacer que un automóvil pase de 0 a 60 mph en aproximadamente un cuarto de segundo.

El segundo sistema de cohetes de base nuclear se llama propulsión eléctrica nuclear. Aún no se han construido sistemas eléctricos nucleares, pero la idea es usar un reactor de fisión de alta potencia para generar electricidad que luego alimentaría un sistema de propulsión eléctrica como un propulsor Hall. Esto sería muy eficiente, aproximadamente tres veces mejor que un sistema de propulsión térmica nuclear. Dado que el reactor nuclear podría generar mucha energía, muchos propulsores eléctricos individuales podrían funcionar simultáneamente para generar una buena cantidad de empuje.

Los sistemas eléctricos nucleares serían la mejor opción para misiones de largo alcance porque no requieren energía solar, tienen una eficiencia muy alta y pueden dar un empuje relativamente alto. Pero si bien los cohetes eléctricos nucleares son extremadamente prometedores, todavía hay muchos problemas técnicos que resolver antes de que se pongan en uso.

¿Por qué todavía no hay cohetes de propulsión nuclear?

Los sistemas de propulsión térmica nuclear se han estudiado desde la década de 1960, pero aún no han volado al espacio.

Las regulaciones impuestas por primera vez en los EE. UU. En la década de 1970 requerían esencialmente el examen caso por caso y la aprobación de cualquier proyecto espacial nuclear de múltiples agencias gubernamentales y la aprobación explícita del presidente. Junto con la falta de financiación para la investigación del sistema de cohetes nucleares, este entorno impidió una mayor mejora de los reactores nucleares para su uso en el espacio.

Todo eso cambió cuando la administración Trump emitió un memorando presidencial en agosto de 2019. Si bien defendió la necesidad de mantener los lanzamientos nucleares lo más seguros posible, la nueva directiva permite que las misiones nucleares con menores cantidades de material nuclear se salten el proceso de aprobación de múltiples agencias. Solo la agencia patrocinadora, como la NASA, por ejemplo, necesita certificar que la misión cumple con las recomendaciones de seguridad. Las misiones nucleares más grandes pasarían por el mismo proceso que antes.

Junto con esta revisión de la normativa, La NASA recibió US $ 100 millones en el presupuesto de 2019 para desarrollar la propulsión térmica nuclear. DARPA también está desarrollando un sistema de propulsión térmica nuclear espacial para permitir operaciones de seguridad nacional más allá de la órbita terrestre.

Después de 60 años de estancamiento, es posible que un cohete de propulsión nuclear se dirija al espacio dentro de una década. Este emocionante logro marcará el comienzo de una nueva era de exploración espacial. La gente irá a Marte y los experimentos científicos harán nuevos descubrimientos en todo nuestro sistema solar y más allá.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.