Este cohete nuclear podría llegar a Marte en 45 días

En la próxima década, la NASA planea llevar a cabo una misión tripulada a Marte. Para este propósito, hace unos años, la agencia espacial reactivó su programa nuclear con el fin de desarrollar una propulsión nuclear bimodal que pudiera permitir tránsitos al planeta rojo en poco más de un mes. De momento, presentan el concepto del nuevo cohete.

En los últimos años los científicos trabajaron en nuevas tecnologías que van desde el soporte vital y la protección contra la radiación hasta la energía y la propulsión. El autor del medio Universe Today destaca la propulsión nuclear térmica y nuclear eléctrica (NTP/NEP, por sus siglas en inglés) como una característica importante para el proyecto.

Hace décadas, durante la época de la carrera espacial, la NASA y el programa espacial sovietico se ocuparon de la propulsión nuclear. Actualmente, la agencia espacial estadounidense prevé desarrollar una propulsión nuclear bimodal, es decir, un sistema de dos partes formado por un elemento NTP y otro NEP. Se espera que esto permita viajar a Marte en 100 días.

En la primera fase de desarrollo se usa el sistema de propulsión nuclear bimodal con un "ciclo de rotor ondulado", por lo tanto, se supone que esta innovación podría reducir el tiempo de tránsito a Marte a solo 45 días.

Esta propuesta, titulada NTP/NEP Bimodal con un Ciclo de Rotor Ondulado, fue presentada por el profesor Ryan Gosse, jefe del área de programas hipersónicos de la Universidad de Florida.

La propuesta de Gosse es una de las 14 seleccionadas este año para la Fase I, la cual incluye una subvención de 12.500 dólares. La propulsión nuclear se reduce esencialmente a dos conceptos, ambos basados en tecnologías que han sido probadas y validadas exhaustivamente.

En el caso de la propulsión nuclear térmica (NTP), el ciclo consiste en un reactor nuclear que calienta el propulsante hidrógeno líquido (LH2), convirtiéndolo en hidrógeno gaseoso ionizado (plasma) que luego se canaliza a través de toberas para generar el empuje.

Ya se habían hecho varios intentos de construir y probar el sistema de propulsión, entre ellos el Proyecto Rover, una colaboración entre las Fuerzas Aéreas estadounidenses y la Comisión de Energía Atómica que se puso en marcha en 1955. A pesar de que la NASA presentó el motor nuclear para aplicaciones de vehículos cohete (NERVA) —un reactor con núcleo sólido que se probó con éxito— con el fin de la era Apolo en 1973, la financiación del programa se redujo drásticamente. Es por eso que se canceló el proyecto antes de realizar las pruebas de vuelo.

Mientras que los científicos soviéticos desarrollaron su propio concepto de NTP (RD-0410) entre 1965 y 1980 y también realizaron una prueba única en Tierra antes de la cancelación del programa.

Por su parte, la propulsión eléctrica nuclear (NEP) se basa en un reactor nuclear que suministra electricidad a un propulsor de efecto motor iónico generando un campo electromagnético que ioniza y acelera un gas inerte, como el xenón, para crear el empuje. Entre los intentos de desarrollar esta tecnología, figura el Proyecto Prometheus (2003-2005) de la NASA.

Este concepto presenta ventajas considerables respecto a la propulsión química convencional como un mayor índice de impulso específico (Isp), eficiencia de combustible y densidad de energía prácticamente ilimitada. Aunque los conceptos NEP se distinguen por proporcionar más de 10.000 segundos de Isp, lo que significa que pueden mantener el empuje cerca de tres horas, aunque el nivel de empuje es bastante bajo en comparación con los cohetes convencionales y los NTP.

La necesidad de una fuente de energía eléctrica, destacó Gosse, también plantea la cuestión del rechazo del calor en el espacio, donde la conversión de energía térmica es del 30-40% en circunstancias ideales.

Aunque el método de propulsión nuclear térmica tiene sus puntos débiles, por ejemplo, tiene problemas para proporcionar fracciones de masa inicial y final adecuadas para misiones de alta delta-v.

Por lo tanto, los científicos están a favor de incluir ambos métodos de propulsión (bimodales), ya que combinarían las ventajas de los dos. La propuesta de Gosse contempla un diseño bimodal basado en un reactor NERVA de núcleo sólido que proporcionaría un impulso específico (Isp) de 900 segundos, el doble del rendimiento actual de los cohetes químicos. También se utiliza un sobrealimentador de ondas de presión o Wave Rotor (WR) que es muy común en motores de combustión interna que aprovecha las ondas de presión producidas por las reacciones para comprimir el aire de admisión.

Cuando se combina con un motor NTP, el WR utilizaría la presión creada por el calentamiento del combustible LH2 en el reactor y podría comprimir aún más la masa de reacción. Según estima Gosse, esto proporcionará niveles de empuje comparables a los de un concepto NTP de clase NERVA, pero con un Isp de 1400-2000 segundos. Si se combina con un ciclo NEP, los niveles de empuje aumentan aún más.

En consecuencia, basándose en la tecnología de propulsión convencional, una misión tripulada a Marte podría durar hasta tres años. Estas misiones se lanzarían cada 26 meses, cuando la Tierra y Marte se encuentren en su punto más cercano, es decir, una oposición de Marte y pasarían un mínimo de seis a nueve meses en tránsito.

Un viaje de 45 días reduciría el tiempo total de la misión a meses en lugar de años. Esto también disminuiría significativamente los principales riesgos asociados a las misiones a Marte, incluida la exposición a la radiación, el tiempo de permanencia en microgravedad y los problemas de salud.

Además de la propulsión, existen propuestas de nuevos diseños de reactores que proporcionarían un suministro de energía constante para misiones de superficie de larga duración en las que no siempre se dispone de energía solar y eólica. Por ejemplo, el Proyecto Kilopower de la NASA y el reactor híbrido de fisión/fusión.