Propulsión térmica nuclear, que utiliza el calor de las reacciones nucleares como combustible, podría usarse algún día en vuelos espaciales tripulados, posiblemente incluso para misiones a Marte. Su desarrollo, sin embargo, plantea un desafío. Los materiales utilizados deben poder resistir altas temperaturas y bombardeos de partículas de alta energía de forma regular.

Will Searight, estudiante de doctorado en ingeniería nuclear en Penn State, está contribuyendo a la investigación que podría hacer que estos avances sean más factibles. Publicó los resultados de una simulación de diseño preliminar en Ciencia y tecnología de fusión , una publicación de la American Nuclear Society.

Para investigar mejor la propulsión térmica nuclear, Searight simuló un experimento de laboratorio a pequeña escala conocido como circuito de prueba de hidrógeno. La configuración imita el funcionamiento de un reactor en el espacio, donde el hidrógeno fluye a través del núcleo y propulsa el cohete, a temperaturas de hasta casi 2ºC, 200 grados Fahrenheit. Searight desarrolló la simulación utilizando dimensiones de dibujos detallados de tubos de unión, los componentes que forman gran parte del circuito de prueba a través del cual fluye el hidrógeno. El socio industrial Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) proporcionó los dibujos.

"Comprender cómo se comportan los componentes de la USNC en un entorno de hidrógeno caliente es fundamental para llevar nuestros cohetes al espacio, ", Dijo Searight." Estamos encantados de trabajar con uno de los principales contratistas de reactores para el proyecto de propulsión nuclear espacial de la NASA. que busca producir un motor de propulsión térmica nuclear de demostración dentro de una década ".

Aconsejado por Leigh Winfrey, profesor asociado y presidente del programa de pregrado de ingeniería nuclear, Searight utilizó Ansys Fluent, un software de modelado, para diseñar un bucle de simulación a partir de una tubería de acero inoxidable con un diámetro exterior de aproximadamente dos pulgadas. En el modelo, el circuito se conecta a una bomba de hidrógeno y hace circular hidrógeno caliente a través de una sección de prueba adyacente a un elemento calefactor.

Searight descubrió que, si bien el calentamiento constante del hidrógeno a 2, 200 grados Fahrenheit era posible, era necesario incluir un elemento calefactor directamente encima de la sección de prueba para evitar una reducción del calentamiento. Los datos recopilados del software de modelado mostraron que el flujo de hidrógeno a través de la sección de prueba era suave y uniforme. Reducir la distribución desigual del calor a través del circuito que podría poner en peligro la seguridad y la vida útil de la instalación. El análisis de los resultados también verificó que el acero inoxidable permitiría una construcción más conveniente y rentable del bucle.

"Estamos muy contentos de dar los primeros pasos en el desarrollo de una capacidad única para la simulación de entornos extremos en Penn State, "Este trabajo preliminar nos permitirá continuar con la investigación que podría tener un gran impacto en el futuro de la exploración espacial", dijo Winfrey.

Con más investigación, El trabajo preliminar de Searight podría permitir pruebas expandidas de materiales que algún día podrían implementarse para crear más rápido, viajes espaciales más eficientes utilizando cohetes alimentados por reactores.

Recientemente, Searight recibió la Beca de Posgrado George P. Shultz y James W. Behrens de ANS. Searight utilizará el premio para respaldar su trabajo futuro en el ciclo de prueba. Los $ 3, 000 beca honra a Shultz, un defensor de la no proliferación nuclear y ganador de la Medalla Presidencial de la Libertad que murió en febrero, y Behrens, un miembro anterior de la junta de ANS que ocupó numerosos cargos en el sector de la seguridad nacional.