Sondas nucleares de la NASA

Por Daniel Marín, el 14 marzo, 2011. Categoría(s): Astronáutica • NASA • Sistema Solar • sondasesp ✎ 14

Mientras que la antigua Unión Soviética lanzó más de treinta reactores nucleares al espacio, los Estados Unidos sólo han empleado este sistema en una única misión (que sepamos, claro está). Con una masa de 290 kg, el SNAP-10A contaba con una potencia térmica de 30 kW -aunque sólo generaba 500 W de electricidad-. Fue lanzado en 1965 y se convirtió en el primer y último reactor nuclear espacial norteamericano.



SNAP-10A: oficialmente, el único reactor nuclear estadounidense en el espacio (NASA).

Desde entonces, la NASA ha preferido los generadores de radioisótopos (RTG) a la hora de suministrar electricidad a las sondas espaciales que no podían emplear paneles solares (Viking, Pioneer 10 y 11, Voyager 1 y 2, Galileo, Cassini, New Horizons o Curiosity). De hecho, los avances tecnológicos en materia de paneles fotovoltaicos han permitido su uso en misiones destinadas a los planetas exteriores, como es el caso de Juno. Entonces, ¿ha decidido la NASA olvidarse del uso de reactores nucleares en el espacio? Pues parece ser que no, al menos, no sobre el papel. De hecho, la agencia espacial realizó el año pasado un estudio para demostrar la viabilidad de un pequeño reactor nuclear para alimentar a las grandes naves de la clase Flagship (con un precio superior a los 2500 millones de dólares) que viajen más allá de la órbita de Marte.

¿Y qué ventajas ofrecen los reactores nucleares frente a los generadores de radioisótopos? Varias, veamos cuáles son. Los RTG utilizan plutonio-238 de origen ruso, pero las reservas disponibles para las misiones de la NASA están disminuyendo a pasos agigantados. La agencia ha puesto en marcha varios programas para desarrollar RTGs más avanzados de tipo Stirling (ASRG), más eficientes, pero aún así queda muy poco plutonio disponible para las misiones de la próxima década. Aunque el Departamento de Energía (DOE) planea volver a producir plutonio 238 en 2016 a un ritmo de unos 2 kg por año, el tema de las reservas de plutonio-238 sigue siendo un asunto muy delicado que amenaza con paralizar la exploración del Sistema Solar exterior. Un reactor nuclear podría suministrar fácilmente más de 1 kW de potencia requerido por las sondas Flagship sin necesidad de utilizar plutonio. En cuanto a la seguridad, recordemos que un reactor nuclear que no se haya activado no presenta peligro de radiación alguno, a diferencia del plutonio-238, que es altamente radiactivo y tóxico. Es decir, una sonda espacial con un reactor nuclear es más segura desde el punto de vista medioambiental que una dotada de RTGs.


Tabla comparativa de los distintos reactores espaciales.

De acuerdo con el estudio de la NASA, el reactor de 1 kW de potencia eléctrica tendría un tamaño de 4,5 metros de diámetro una vez desplegado los radiadores y emitiría una dosis de radiación de 25 krad como máximo, lo que permitiría el uso de electrónica comercial en la nave. Sería un reactor de neutrones rápidos, es decir, utilizaría combustible altamente enriquecido en uranio-235. Este tipo de reactores permite reducir la cantidad de moderador utilizado en la estructura y minimizar así su masa total.


Reactor BES-5 Buk (Novosti Kosmonavtiki).

El combustible sería una aleación de U-Mo al 10% (uranio con 10% en peso de molibdeno) y utilizaría un reflector de oxido de berilio (BeO), con un escudo antiradiación de tungsteno e hidruro de litio. Como refrigerante se emplearía una aleación de sodio y potasio (NaK) que mantendría la temperatura del núcleo por debajo de los 1200 K. Para generar electricidad se usaría un sistema termoeléctrico. Como barra de control, habría un elemento central de carburo de boro. La barra sería retirada una vez en órbita para activar el reactor y asegurar una criticidad óptima a lo largo del tiempo. La masa del reactor sería de 133-159 kg, aunque la instalación tendría una masa total de 600-770 kg. Estaría situada a unos diez metros del resto de la nave para minimizar la dosis de radiación y la masa de la estructura de sepración. En definitiva, unas características más parecidas a los reactores Buk (BES-5) soviéticos que al SNAP-100A.




Detalles del reactor de la NASA (NASA).



Detalles del núcleo (NASA).


Características del reactor (NASA).


Presupuesto para el proyecto (NASA).

Este reactor podría servir en una nueva generación de sondas para explorar el sistema Solar exterior, como es el caso de la misión JEO (Jupiter-Europa Orbiter). Este pequeño reactor nuclear podría servir además como base para desarrollar sistemas de propulsión eléctricos. Lamentablemente, la semana pasada nos enteramos del lamentable estado del programa de exploración no tripulada de la NASA, así que la posibilidad de desarrollar un reactor de este tipo es, en estos momentos, más bien ínfima.



Una sonda a Europa con un reactor nuclear (NASA).

Referencias:

  • Small Fission Power System Feasibility Study Final Report (NASA, 18 noviembre 2010).


14 Comentarios

  1. Pensaba que con todo esto del ebate nuclear abierto estos últimos días a raiz de los problemas de las plantas japonesas, los comentarios en este post iban a multiplicarse como el granizo de estos días. Me gustaría pensar en que la gente no ve tan mal el uso de la energía nuclear en el espacio como en centrales en su vecindario. Personalmente esa es mi opinión, aunque me da un poco de repelus pensar en un Delta IV estallando a 80 km de altura con todo ese plutonio dentro.

    Luis RJ

  2. En realidad los reactores nucleares para espacio profundo son más seguros que los RTGs. El motivo es que los RTGs despegan con varios kilos de material altamente radiactivo a bordo, mientras que los reactores solo llevarían uranio, virtualmente inofensivo, y solo se encenderían (y empezarían a producir peligrosos residuos) una vez estuvieran en ruta de escape.

    Otra cosa es ponerlos en órbita terrestre: eso es una temeridad porque pueden caer con toda su peligrosa carga de residuos…

    Saludos

  3. Los sucesos de estos días deberían hacernos reflexionar acerca del uso de la energía nuclear en cualquier ámbito.

    Lo digo porque hay algunos blogeros que están reaccionando a los excesos alarmistas de los medios tradicionales con una defensa a ultranza de la energía atómica. La frialdad con que presentan los argumentos «científicos» son cuando menos sorprendentes habiendo dos reactores nucleares fuera de control a 230km de Tokio, con 34,5 millones de habitantes (2007).

    Precisamente el espacio nos enseña que lo improbable ocurre. El caso de Fukushima, en concreto, nos muestra que las combinaciones de factores no previstas no tardan ni cuarenta años en presentarse. Me gustaría saber la opinión «científica» de este hecho a los defensores de lo nuclear.

    Saludos,
    Pere.

  4. Muy bonito todo pero la nasa no esta ahora para nada.
    Es una pena ver continuamente programas de la nasa que podrian ser y que nunca lo seran.
    Lo que se podria hacer con un poco de ganas y lo que se podria explorar pero ya sabemos lo que hay ahora: recorte en los programas no tripulados y tripulado en los proximos cinco o seis años.

    saludos jorge m.g.

  5. Para Pere:

    1-) El artículo que presenta Daniel es sobre la exploración espacial más allá de la órbita terrestre, donde el uso de reactores nucleares para obtener energía eléctrica para sistemas y propulsión es necesario ya que la energía eléctrica a partir de paneles solares decrece conforme una nave espacial se aleja del Sol hacia el exterior del sistema solar.

    2-) Las misiones más allá de la órbita terrestre, no representan riesgos a la salud humana por contaminación radioactiva porque las naves que usan estos reactores están a millones y cientos de millones de kilómetros de la tierra, a diferencia de Japón donde las centrales nucleares están a pocos kilómetros de la población.

    3-) Los reactores nucleares para naves espaciales no son radiactivos a la hora del lanzamiento, lo son cuando ya están en el espacio y el reactor empieza a funcionar, eso es distinto a Japón donde el reactor ya esta funcionando aquí, en la tierra.

    4-) Por último, el espacio es un medio ambiente hostil, donde como ya sabes, predomina la radiación de procesos nucleares como las de nuestra estrella el Sol y de otras fuentes más, es decir, es el ambiente ideal para operar un reactor nuclear sin tener que pensar en que hacer con la radiación y los residuos, cosa muy distinta a las preocupaciones que genera un reactor cuando es operado en la tierra.

    Como verás, la energía nuclear es y será peligrosa cuando la usamos en nuestro planeta, pero en el espacio que es un ambiente radioactivo ya por defecto, el asunto es muy distinto. Puedes usar el buscador de temas donde Daniel a explicado los distintos sistemas de energía y propulsión nuclear para el espacio que se han desarrollado y utilizado y así lo compares con los reactores nucleares de uso civil en la generación de energía aquí en la tierra, vas a notar muchas diferencias.

  6. Hola Anónimo:

    Gracias por la información. En el comentario me refería a la oleada de entradas pro-nucleares que han efectuado los blogs de ciencia españoles más representativos tales como Amazings, Francis (th)E mule Science’s News, etc. i.e.

    Amazings contra la desinformación nuclear
    http://amazings.es/2011/03/13/amazings-contra-la-desinformacion-nuclear/

    ¿Por qué no deberías preocuparte por los reactores nucleares de Japón?
    http://francisthemulenews.wordpress.com/2011/03/14/por-que-no-deberias-preocuparte-por-los-reactores-nucleares-de-japon/

    Así como multitud de opiniones en redes sociales. Sólo quería expresar mi desacuerdo con tales extremos defendidos desde «la cátedra» cuando podemos encontrar multitud de otros expertos que opinan en sentido contrario.

    Mi mayor extrañeza se debe a que hay autores de reconocido prestigio blogeril que hacen afirmaciones sin contar con toda la información sobre unas cuestiones que pueden estar afectando en este momento a la salud de las personas.

    Por ejemplo, se dice que una fuga radioactiva como la de Chernobil «es imposible». La más elemental lógica indica que los japonenses pensaban que también «era imposible» un terremoto de escala 9 y ha ocurrido. En estos momentos parece que la vasija del reactor 2 está rota y, si no se consigue frenar, podría fugarse hasta el 5% del material.

    El hecho de que ciertos medios de comunicación estén alarmando a la gente no es excusa para hacer afirmaciones sin conocer toda la información.

    Por cierto, ¿Os acordáis del COSMOS 945?

    Espero que el tono de este comentario no ofenda a nadie.

    Un saludo a todos,
    Pere.

  7. Hola Pere,

    como anónimo ya te ha comentado, el uso de la energía nuclear en el espacio no tiene nada que ver con su empleo en la Tierra, ni por escala ni por tecnologías implicadas.

    No quiero entrar a debatir sobre el asunto de la central nuclear de Fukushima porque no me apetece contribuir al enorme ruido de fondo que se ha generado estos días. Sé lo suficiente del tema como para darme cuenta de que no es un asunto fácil de explicar, ni en una ni en veinte entradas de un simple blog.

    Eso sí, como puse en la entrada, un reactor nuclear espacial no activado es inocuo, así que no hay peligro de contaminación durante el lanzamiento. Una vez activado hay peligro, pero no olvidemos que estamos hablando de reactores que deben ser usados fuera de LEO, por lo que no podría volver a ocurrir un caso como el del Kosmos 945.

    Saludos.

  8. Estimado Pere, ¿te refieres más bien al satélite Cosmos 954 en vez de 945, porque ese no lo conozco, pero en fin, el Cosmos 954 el que haciendo uso de un reactor nuclear cayó a tierra generando contaminación así como el Cosmos 367.

    Este post de Daniel habla del uso de reactores nucleares para naves que viajan a los confines del sistema solar.

    Los satélites como el Cosmos 954, fueron de vigilancia y requerían de un reactor nuclear para generar suficiente energía. De forma irresponsable en aquella época, la Unión Soviética puso este tipo de satélites en órbitas no seguras al rededor de la tierra, donde tarde o temprano el satélite podría llegar a perder altura y caer con sus reactores ya usados o gastados y esparcir radiación al chocar con la tierra.

    Esto hoy en día ya no se hace, y se considera solo para naves que salgan de la órbita terrestre, es decir que no puedan caer a tierra de nuevo.

    En este caso debes enfocarte en como es y como se usa la energia nuclear para el espacio, porque no es igual a como se usa en una central nuclear como en las de Japon, las tecnologias, sistemas de seguridad y formas de uso aunque no lo creas difieren bastante y por lo tanto los problemas y riesgos son muy muy distintos.

  9. Aunque la polémica sobre el uso de fuentes de alimentación nucleares en el espacio me parece muy interesante, convengo en que es mas interesante el artículo en sí.
    Ojalá el proyecto de la NASA salga adelante, aunque haya que tener paciencia (que acostumbrados estamos a pensar en esta palabra respecto a la temática espacial…). ;-/
    Sería notablemente injusto que desarrollos de reactores espaciales de ese tipo se viesen frustrados por la mala prensa y la hipocresía social y política crecientes referida a los incidentes de las centrales nucleares de Japón -que no debemos olvidar, fueron motivadas por una catástrofe natural, y no por errores humanos (como no sea el haber diseñado esas centrales de forma mas resistentes ante esos mismos tipos de sucesos de origen natural)-.

    En fin, un artículo estupendo, como siempre, Daniel. Un saludo!

  10. Todo es un problema riesgo-beneficio.

    Para algunos temas la relación riesgo-beneficio es obvia y logica (sondas fuera de LEO), en otros casos es facil ver que no es posible (sondas dentro de LEO o, digamos, una central nuclear en plena ciudad).

    Para otros temas la relación riesgo-beneficio es discutible.

    Pero, aceptemoslo!, la energía nuclear es hasta la fecha la fuente mas poderosa que tenemos como para no aprovecharla. Hay que aceptar que hay riesgos y hay que ver hasta cuando estamos dispuestos a correlos.

    Tomas O.

  11. Una preguntita, que riesgos tiene el lanzamiento de una sonda con un RTG, que medidas se toman para que en caso de fallo del lanzador no se esparza el plutonio. Entiendo que con un reactor no hay peligro al utilizar uranio sin iniciar la reacción «nucelar» como diría Homer.

  12. Estimados @Daniel y @Anónimo:

    No es que quiera polemizar pero me estoy dando cuenta de que a veces no se entiende bien cómo funciona la política.

    No se si se comprende que para el gran público «lanzar un reactor nuclear» es equivalente a nuclearizar el espacio. De ahí a considerar que es seguro mantenerlos en órbita sólo hay un paso que a buen seguro será dado por alguna potencia. En la misma línea «nuclear» están los RTG: También son muy seguros (igual que la central de Fukushima), claro que usan plutonio. Si uno de estos cayera en España se montaba un zipizape que lo de Palomares se queda en anécdota.

    Yo considero que políticamente es más conveniente acordar entre todos NO usar la energía nuclear en ningún ámbito. Es una pena pero también puede espolear la investigación otras áreas.

    Desde luego hay que agradecer como siempre a Daniel sus mágnificas aportaciones con las que todos aprendemos tanto.

    Saludos,
    Pere.

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Por Daniel Marín, publicado el 14 marzo, 2011
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