Fusion Power es la tecnología que está a 30 años de distancia, Y siempre será, según los escépticos, por lo menos. A pesar de su difícil transición a una fuente de energía confiable, las reacciones nucleares que alimentan al sol tienen una amplia variedad de usos en otros campos. El más obvio está en las armas; Las bombas de hidrógeno son hasta el día de hoy las armas más poderosas que jamás hayamos producido. Pero hay otro caso de uso que es mucho menos destructivo y podría resultar mucho más interesante:las unidades espaciales.

El concepto de unidad de fusión, llamado unidad de fusión directa (o DFD), está en desarrollo en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL). Científicos e ingenieros allí, dirigido por el Dr. Samuel Cohen, actualmente están trabajando en la segunda versión, conocido como el campo de Princeton invertido configuración-2 (PFRC-2). Finalmente, Los desarrolladores del sistema esperan lanzarlo al espacio para probar, y eventualmente convertirse en el principal sistema de propulsión de las naves espaciales que viajan por todo el sistema solar.

Ya existe un objetivo particularmente interesante en el sistema solar exterior que es similar a la Tierra en muchos aspectos:Titán. Sus ciclos líquidos y su potencial para albergar vida han fascinado a los científicos desde que comenzaron a recopilar datos sobre él. Y si usamos correctamente el DFD, podríamos enviar una sonda allí en poco menos de dos años, según una investigación realizada por un equipo de ingenieros aeroespaciales del Departamento de Física de la Facultad de Tecnología de la ciudad de Nueva York, dirigido por el profesor Roman Kezerashvili y acompañado por dos becarios del Politecnico di Torino en Italia:Paolo Aime y Marco Gajeri.

Aunque todavía en desarrollo, el motor en sí mismo aprovecha muchas de las ventajas de la fusión aneutrónica, más notablemente una relación peso-potencia extremadamente alta. El combustible para una unidad DFD puede variar ligeramente en masa y contiene deuterio y un isótopo de helio-3. Incluso con cantidades relativamente pequeñas de combustible extremadamente potente, el DFD puede superar los métodos de propulsión química o eléctrica que se utilizan comúnmente en la actualidad. El impulso específico del sistema, que es una medida de la eficacia con la que un motor utiliza combustible, se estima que sea comparable a los motores eléctricos, el más eficiente actualmente disponible. Además, el motor DFD proporcionaría 4-5 N de empuje en modo de baja potencia, sólo un poco menos de lo que produciría un cohete químico durante largos períodos de tiempo. Esencialmente, el DFD toma el excelente impulso específico de los sistemas de propulsión eléctrica y lo combina con el excelente empuje de los cohetes químicos, para una combinación que fusiona lo mejor de ambos sistemas de vuelo.

Todas esas especificaciones mejoradas son geniales, pero para ser útil en realidad tienen que conseguir una nave espacial en alguna parte. Los autores del artículo eligieron Titán, en gran parte porque está relativamente lejos, pero también muy interesante por sus ciclos líquidos y abundantes moléculas orgánicas. Para trazar la mejor ruta a la luna más grande de Saturno, el equipo italiano colaboró ​​con los desarrolladores de DFD en PPPL y se les concedió acceso a los datos de rendimiento del motor de prueba. Luego obtuvieron algunos datos adicionales sobre alineaciones planetarias y comenzaron a trabajar en la mecánica orbital. Esto resultó en dos caminos potenciales diferentes, uno en el que el empuje constante solo se aplicó al principio y al final del viaje (llamado perfil de empuje-costa-empuje — TCT—) y uno en el que el empuje fue constante durante la duración del viaje.

Ambos viajes implicaron cambiar la dirección de empuje para reducir la velocidad de la nave espacial y entrar en el sistema de Saturno. Proporcionar un impulso constante pondría el viaje en un poco menos de dos años, mientras que el perfil TCT daría como resultado una duración total del viaje de 2,6 años para una nave espacial mucho más grande que la Cassini. Ambos caminos no requerirían ninguna asistencia de gravedad, de las cuales las naves espaciales que viajan a los planetas exteriores se han beneficiado regularmente.

Cassini, la última misión famosa para visitar el sistema de Saturno, utilizó una serie de ayudas de gravedad entre Venus y la Tierra para llegar a su destino, un viaje que duró casi siete años. Una cosa importante a tener en cuenta, dice Marco Gajeri, el autor correspondiente del artículo, es que la ventana que hace que estos viajes cortos sean los más eficientes se abre alrededor de 2046. Aunque no dentro de 30 años, le da al equipo de PPPL mucho más tiempo para mejorar su diseño actual.

Otros desafíos surgen una vez que una sonda habilitada para DFD llega a ese sistema de Saturno, sin embargo. Orbitar alrededor del segundo planeta más grande del sistema solar es relativamente fácil. Transferir órbitas a su luna más grande es mucho más difícil. Resolver ese problema requiere abordar el problema de los tres cuerpos, un problema de mecánica orbital notoriamente difícil que implica resolver las órbitas de tres cuerpos orbitales diferentes (es decir, la nave espacial, Saturno y Titán).

Con toda la mecánica orbital fuera del camino y la nave espacial a salvo en la órbita de Titán, puede comenzar a aprovechar otro de los beneficios del DFD:puede proporcionar energía directa a los sistemas de la nave espacial. La mayoría de las misiones del sistema solar exterior dependen de generadores térmicos de radioisótopos (RTG) como fuente de energía. Pero un DFD es, De hecho, una fuente de energía además de ser una fuente de empuje. Si está diseñado correctamente, podría proporcionar toda la potencia que necesita una nave espacial para una vida útil prolongada de la misión.

Esa vida útil extendida de la misión significa que el DFD podría ser útil en una amplia gama de misiones. Los autores que estudiaron la misión a Titán también analizaron el potencial de una misión a los objetos transneptuianos, que hasta ahora solo han sido visitados por New Horizons, que tardó nueve años en llegar a Plutón. No hace falta decir que, un DFD reduciría drásticamente el tiempo necesario para realizar ese viaje. Y si llega a estar operativo en los próximos 30 años, puede empezar a servir como motor de todo tipo de nuevas misiones de exploración.