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    El interceptor de objetos extrasolares podría perseguir objetos interestelares, devolver muestras

    Representación del artista del interceptor de objetos extrasolares. Crédito:Christopher Morrison

    ¿Y si tuviéramos la capacidad de perseguir objetos interestelares que atraviesan nuestro sistema solar? como 'Oumuamua o el cometa Borisov? Una nave espacial de este tipo tendría que estar lista para funcionar en cualquier momento, con la capacidad de aumentar la velocidad y cambiar de dirección rápidamente.

    Esa es la idea detrás de un nuevo concepto de misión llamado nave espacial Interceptor de objetos extrasolares y Retorno de muestra. Ha recibido financiación exploratoria de la NASA a través de su programa Innovative Advanced Concepts (NIAC).

    "Recuperar muestras de estos objetos podría cambiar fundamentalmente nuestra visión del universo y nuestro lugar en él, "dice Christopher Morrison, un ingeniero de Ultra Safe Nuclear Corporation-Tech (USNC-Tech) que presentó la propuesta al NIAC.

    El concepto que proponen Morrison y su equipo es una nave espacial de propulsión eléctrica de radioisótopos que se basa en la tecnología de batería atómica recargable (CAB), un sistema de energía que USNC ha estado desarrollando para uso comercial. Las baterías son compactas y poseen un millón de veces la densidad de energía de las baterías químicas de última generación, así como de los combustibles fósiles.

    "Los radioisótopos tienen aproximadamente la misma cantidad de energía total almacenada en cada átomo, "Explicó Morrison." La rapidez con la que liberan esa energía depende de la vida media. Pu-238 tiene una vida media de 88 años, ideal para misiones largas al sistema solar exterior. Las baterías CAB que estamos desarrollando en USNC-Tech tienen vidas medias más cortas y poseen una mayor densidad de potencia. En el CANI, estamos usando un radioisótopo con una vida media de cinco años y una densidad de potencia 30 veces mayor que la del plutonio-238 (Pu-238) ".

    Impresión artística de la nave espacial New Horizons de la NASA al encontrar un objeto parecido a Plutón en el distante Cinturón de Kuiper. Crédito:NASA / JHUAPL / SwRI / Alex Parker

    Pu-238 es la potencia nuclear de elección habitual de la NASA para su nave espacial. Se ha utilizado para más de dos docenas de misiones espaciales estadounidenses muy exitosas, como New Horizons, y los rovers de Marte Curiosity and Perseverance, para sus sistemas de energía de radioisótopos (RPS).

    Pu-238, sin embargo, se enfrenta a algunos desafíos. Solo se puede producir una cantidad limitada de Pu-238 (solo 14 onzas (400 gramos) cada año en este momento con un camino hacia las 50 onzas (1500 g) en los próximos años). Esto es apenas suficiente para satisfacer las necesidades futuras de la misión de la NASA para sus programas principales.

    Los programas más pequeños y las empresas comerciales enfrentan desafíos no solo debido a la escasez de suministro, pero también porque Pu-238 se considera un material nuclear especial con preocupaciones de no proliferación. Los radioisótopos de la tecnología CAB son, en cambio, de naturaleza comercial, de hecho, muchos de ellos se utilizan mucho en la industria médica para terapias de tratamiento del cáncer.

    "Las baterías CAB combinadas con propulsión eléctrica serían sistemas muy simples, "Morrison dijo a Universe Today." Todo esto es tecnología probada. La verdadera innovación de la que nos estamos beneficiando es el entorno regulatorio actual. Antes de 2019, no existía un marco legal para que las empresas comerciales utilizaran energía nuclear. Ahora está oficialmente sancionado ".

    El memorando presidencial NPSN-20 en 2019 dirigió el Departamento de Transporte, y específicamente la Administración Federal de Aviación, desarrollar un sistema regulatorio escalonado que permita a las empresas comerciales lanzar naves espaciales de propulsión nuclear.

    El combustible de plutonio-238 (en forma de cerámica) brilla con el calor de su descomposición natural dentro de una capa cilíndrica protectora de grafito, durante el ensamblaje de las fuentes de calor para el sistema de energía eléctrica en los rovers de Marte de la NASA en el Laboratorio Nacional de Idaho del Departamento de Energía. Crédito:NASA / DOE

    La propuesta de Morrison explica que "el CAB es más fácil y más barato de fabricar que el Pu-238 y el caso de seguridad se ve muy mejorado por la encapsulación de materiales radiactivos del CAB dentro de una matriz de carburo robusta. Esta tecnología es superior a los sistemas de fisión para esta aplicación porque los sistemas de fisión necesitan una masa crítica, mientras que los sistemas de radioisótopos pueden ser mucho más pequeños y adaptarse a sistemas de lanzamiento más pequeños, reduciendo el costo y la complejidad ".

    La nave espacial propulsada por CAB, apodado el "Extrasolar Express, "tiene una masa de combustible de poco menos de una tonelada. El Falcon 9 de SpaceX, a diferencia de, puede colocar más de 20 toneladas en órbita. ¿Qué se haría con todo el espacio adicional en el vehículo de lanzamiento?

    Morrison explica:"Podemos intercambiar parte de esa masa por un impulso de velocidad adicional lejos de la Tierra. Además, parte de la masa adicional se puede utilizar para aumentar la seguridad al incluir un escudo grande y robusto que protege el radioisótopo y garantiza que no se libere, incluso en el peor de los casos de accidente de lanzamiento. Una vez en una órbita alta, el escudo puede ser expulsado, y la nave espacial puede viajar sin obstáculos en su misión ".

    Objetos extrasolares ahora en escena

    Antes de que los dos objetos interestelares inusuales e intrigantes irrumpieran en escena en nuestro sistema solar ("Oumuamua en 2017 y Borisov en 2019), los astrónomos no habían considerado ampliamente que los intrusos errantes de otros sistemas estelares podrían pasar de forma rutinaria. Ahora, Los científicos calculan que un promedio de siete de estos objetos pasan dentro de la órbita de la Tierra cada año. Obtener más información sobre estos objetos es una perspectiva atractiva, desde ahora mismo, todo lo que podemos hacer es observarlos con telescopios mientras pasan a gran velocidad.

    Impresión artística de Oumuamua. Según una nueva investigación, el objeto está compuesto de hielo de hidrógeno molecular, lo que explica su forma de cigarro. Crédito:ESO / M. Kornmesser

    "Estos objetos parecen acercarse bastante a nosotros, "Morrison dijo, "Crear una misión para alcanzar a uno no es una cuestión de distancia, sino de velocidad. Eso cambia la ecuación a diferencia de la mayoría de las misiones, que necesitan longevidad. Esto es solo un problema de velocidad, porque puedes interceptarlo, tomar una muestra y regresar a la Tierra siempre que tengas el delta v para cumplir la misión ".

    Morrison explicó el plan de misión potencial para el Interceptor de objetos extrasolares y el retorno de muestra:lanzar la nave espacial Interceptor hacia Júpiter y esperar a que se detecte un objeto extrasolar adecuado.

    "Puede que tengas que esperar un año más o menos, " él dijo, "pero pase lo que pase, probablemente tendrás que ejecutar un cambio de avión, porque estos objetos no entran en nuestro plano eclíptico. La idea es volar hacia Júpiter, con suerte, estar en un buen lugar para hacer un tirachinas alrededor de Júpiter y obtener la misma orientación plana que el objeto ".

    La nave espacial podría ser similar en tamaño y masa a la misión Dawn, que también utiliza propulsión eléctrica. Pero en lugar de los enormes paneles solares de Dawn, el CAB proporcionaría suficiente energía para crear una nave espacial veloz. El Interceptor necesitaría grandes radiadores de rechazo de calor, que (como los paneles solares de Dawn) sería la parte más grande de la nave espacial.

    Los detalles de la parte de devolución de muestras aún se están elaborando, pero quizás algo similar al sistema de adquisición de muestras TAGSAM empleado por la misión OSIRIS-REx.

    Concepto artístico de la nave espacial Dawn llegando a Vesta. Crédito:NASA / JPL-Caltech

    "Me considero más" Scotty "de diseñar esta misión de Interceptor, pero conseguiría un Spock para ayudarme a resolver la parte científica, "Reflexionó Morrison.

    Los CAB se fabrican con materiales no radiactivos y luego se "cargan" en un campo de radiación para crear un radioisótopo específico. Morrison dijo que hay muchos radioisótopos diferentes de interés (por ejemplo, cobalto-60 y tulio-170) y que la tecnología puede adaptarse para satisfacer la densidad de potencia y las necesidades de vida de un cliente. Muchos de los clientes potenciales de la tecnología CAB son empresas terrestres que buscan aplicaciones submarinas o subterráneas.

    "La tecnología está siendo pionera en aplicaciones de calentamiento lunar a escala de vatios a corto plazo, pero la propuesta del NIAC representa la versión más deportiva de la tecnología ".

    El Programa NIAC se autodenomina como el fomento de ideas visionarias que podrían transformar futuras misiones de la NASA con la creación de avances, al tiempo que involucra a innovadores y emprendedores como socios. Incluso si el Interceptor de objetos extrasolares y el retorno de muestra nunca lo convierten en una misión "real", Morrison y USNC continuarán trabajando para hacer de su CAB una fuente de energía viable tanto para la Tierra como para el espacio.

    "Estoy muy agradecido de haber recibido financiación del CANI, "Morrison dijo, "Nuestra empresa ya está invirtiendo nuestro propio dinero en esta tecnología. Nos gustaría que el CAB sea la batería Duracell del futuro para cualquier cosa que parezca imposible, como misiones espaciales de larga duración, o en entornos remotos de la Tierra ".

    El sistema Micro Modular Reactor (MMR ™) es un sistema de energía nuclear de cuarta generación que ofrece limpio, y electricidad y calor rentables para minas remotas, industria, y comunidades. Es el proyecto SMR líder en Canadá y el primer concepto de "batería de fisión" en todo el mundo. Crédito:USNC

    Más allá de las baterías CAB, la empresa USNC ha estado desarrollando otras tecnologías nucleares. "Los radioisótopos utilizados en los CAB son rocas calientes que producen calor constante durante un largo período de tiempo. Un reactor de fisión es un tipo diferente de tecnología nuclear que se puede encender y apagar, arriba y abajo ", explica Chris. La USNC está desarrollando un pequeño reactor de fisión modular para su uso en el Ártico canadiense y este proyecto es el foco principal de los esfuerzos de la compañía.

    "Canadá gasta muchos cientos de millones al año en diesel para generadores que alimentan sus pequeñas ciudades en regiones remotas, "Morrison dijo, "y realmente quieren cambiar al uso de pequeños reactores modulares".

    Resulta que los sistemas de energía que funcionan bien para ubicaciones remotas en la Tierra son buenos para ubicaciones remotas en el espacio, también. UNSC-Tech, donde trabaja Morrison, es una subsidiaria de USNC enfocada en la industria aeroespacial y sistemas terrestres avanzados. USNC-Tech está desarrollando tecnología de propulsión por fisión con la NASA y DARPA, así como un reactor lunar y marciano denominado "reactor Pylon".

    "USNC-Tech está diseñando los ladrillos" LEGO "para la tecnología nuclear espacial. Las misiones espaciales usarían la misma tecnología terrestre fundamental dispuesta en una configuración diferente para lograr cosas nuevas y valientes en nuevos lugares, "Explicó Morrison." Sin embargo, el NIAC Extra Solar Express es probablemente mi favorito ".


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