Estaciones espaciales nucleares

Por Daniel Marín, el 19 marzo, 2013. Categoría(s): Astronáutica • NASA • Rusia • sondasesp ✎ 24

Una estación espacial tripulada consume grandes cantidades de energía. Hoy en día, la estación espacial internacional (ISS) emplea ocho enormes paneles solares para generar la mayor parte de la electricidad del complejo (unos 30 kW). Pero no siempre fue así. Hubo una época en que las grandes potencias consideraron la posibilidad de usar reactores nucleares para las estaciones espaciales tripuladas.

Estación espacial nuclear MKBS soviética. 1. Módulo especializado 2. Nave de transporte Soyuz 7K-S 3. Puertos de atraque 4. Segmento para investigaciones científicas 5. Módulo científico 6. Segmento de equipos 7. Segmento con gravedad artificial 8. Segmento propulsivo 9. esclusa de conexión entre los módulos 10. Segmento con laboratorios 11. Puertos de atraque adicionales 12. Reactor nuclear de 200 kW 13. Motores de plasma 14. Segmento de vivienda (RKK Energía).

La oficina de diseño OKB-1 de Serguéi Koroliov comenzó a diseñar a finales de los años 50 una estación espacial de gran tamaño situada en órbita baja. Este proyecto pasó por numerosas vicisitudes antes de convertirse en el programa MOK para situar una estación espacial de cien toneladas y 20 x 6 metros mediante un cohete N1. La MOK evolucionaría hasta transformarse en el complejo MKBS (Моногоцелевая Космическая База-Станция, МКБС / Mnogotselevaia Kosmícheskaia Baza-Stantsia, «Base-Estación Espacial Multipropósito»). Tras la muerte de Koroliov y la conversión de la OKB-1 en la oficina TsKBEM dirigida por Vasili Mishin, el proyecto MKBS se concretó en 1969, por entonces ya transformado en una gigantesca estación orbital de 220-250 toneladas. Para que nos hagamos una idea, esto viene a ser el doble de la estación Mir una vez completada, el triple del Skylab o la mitad de la ISS. Vitali Bezverbi sería el encargado de este programa dentro de la TsKBEM.

Según el diseño final de 1972, la MKBS tendría una longitud de cerca de cien metros y estaría formada por dos grandes módulos de seis metros de diámetro y de 80 y 88 toneladas respectivamente que serían lanzados a una órbita baja de 400 kilómetros de altura mediante sendos cohetes N1, por entonces en fase de construcción para el programa lunar N1-L3. En principio estaría situada en una órbita de 51º, pero se sopesó situarla en una órbita polar de 97º para ampliar su potencial militar. La estación tendría nada más y nada menos que ocho puertos de atraque para naves Soyuz y otros vehículos derivados de las mismas, lo que permitiría mantener una tripulación permanente de seis personas y hasta diez personas durante breves periodos de tiempo. Las naves basadas en las Soyuz servirían como vehículos de carga y módulos especializados que se acoplarían de tanto en tanto. La estación usaría un reactor nuclear de 200 kW para generar la electricidad necesaria, aunque estaría apoyado por dos paneles de 140 metros cuadrados en total capaces de producir 14 kW. Esta energía serviría además para alimentar varios motores iónicos que controlarían las maniobras orbitales de la nave. Para minimizar la exposición a la radiación de la tripulación, el reactor estaría situado en el extremo de un sistema de tres vigas desplegables, en el otro extremo del segmento de vivienda. Como novedad, la estación incluiría un compartimento de gravedad artificial consistente en dos módulos giratorios situados en el extremo de dos brazos de 20-30 metros. De esta forma, al girar a 0,5º por segundo se podría crear un ambiente de 0,6-0,8 g, suficiente para reducir los efectos perniciosos de la microgravedad durante largas estancias.

La MKBS tendría aplicaciones civiles y militares. Etas últimas eran un intento de atraer el interés de los militares hacia el proyecto y contrarrestar así el programa de estaciones OPS Almaz de la oficina OKB-2 (TsKBM) de Cheloméi. Se estudió dotar a la estación de cámaras y telescopios para la obtención de fotografías de objetivos enemigos, e incluso equiparla con sistemas para interceptar misiles o satélites. En una especie de anticipación del programa Star Wars de los 80, algunos ingenieros planearon equiparla con armas láser y de rayos de partículas, alimentadas por el reactor nuclear de la estación.

Aunque para Mishin el programa lunar N1-L3 era la prioridad, la MKBS era una especie de garantía para asegurar que este lanzador dispusiese de una carga útil si la Luna dejaba de ser el objetivo principal. El programa MKBS quedaría relegado a un segundo plano en 1969 después de que un nutrido grupo de ingenieros de Mishin se pusiera de acuerdo con un equipo de la oficina de Cheloméi para construir una estación espacial en un tiempo récord usando elementos de la OPS de la OKB-52 y de la nave Soyuz de la OKB-1. Tras este «golpe de estado» -Mishin y Cheloméi no supieron nada hasta que los hechos estuvieron consumados- nació el proyecto de estaciones civiles DOS, conocidas en occidente como Salyut. Con Salyut o sin ella, durante principios de los años 70 el plan era lanzar la estación MKBS en 1975-1976. Sin embargo, la defenestración de Mishin en 1974 y la fusión entre la antigua OKB-1 y la oficina de diseño de Valentín Glushkó frustraron estos planes. La primera decisión de Glushkó fue cancelar el N1 y todos sus programas asociados. Como consecuencia, las estaciones OPS y DOS, ambas lanzadas por el UR-500K Protón, protagonizarían el programa de estaciones espaciales soviéticas hasta la caída de la URSS. Las naves basadas en la Soyzu que debían servir para abastecer a la MKBS tuvieron una vida un poco más larga y una de ellas alcanzaría el espacio como el satélite astronómico Gamma.

Al mismo tiempo que en la Unión Soviética nacía la MKBS, en los Estados Unidos se estudiaron diseños similares. Aunque en 1969 la NASA ya había decidido lanzar la estación espacial Skylab, se barajaron varias versiones «aumentadas» más capaces. Uno de estos conceptos era un curioso Skylab nuclear, con un diseño muy parecido al de la MKBS. Esta estación usaría un reactor de uranio de 600 kW (25 kW de potencia eléctrica). El reactor, de unas diez toneladas, estaría basado en el SNAP-8 y tendría un diseño compacto de hidruro de circonio con un sistema de transporte de calor mediante una mezcla de sodio y potasio. El Skylab nuclear sería lanzado mediante un único cohete Saturno V o usando varios lanzamientos de cohetes Saturno-IB y Titán III. Las tripulaciones, de hasta seis astronautas, llegarían a bordo de naves Apolo CSM y la carga y víveres mediante CSM modificados.

Skylab nuclear de 1969 (NASA).
Configuración de lanzamiento y orbital (NASA).
Entorno de radiación del Skylab nuclear (NASA).
Detalle del reactor (NASA).

Este proyecto -y otros similares- no tuvo mucha repercusión. Al fin y al cabo, los paneles solares serían capaces de abastecer a una estación como el Skylab sin problemas. Pero poco tiempo después la NASA consideró lanzar una gran estación espacial de 50 personas con una masa de mil toneladas. Semejante monstruo necesitaría dos reactores nucleares con una potencia eléctrica de 50 kW cada uno para poder funcionar. Finalmente, estos planes de estaciones nucleares serían aparcados en favor de estaciones más pequeñas y funcionales.

Estación nuclear de mil toneladas de la NASA con dos reactores nucleares (NASA).

En la URSS, la MKBS no fue el último proyecto de estación espacial tripulada con energía nuclear. Entre los muchos diseños de estaciones espaciales dentro del proyecto Mir-2 se encontraban varias propuestas de estaciones atómicas. Una de ellas, de 1990, consistía en una estación militar de 500 toneladas que habría sido ensamblada mediante varios lanzamientos del cohete Energía y los transbordadores del programa Burán. Esta estación, alimentada por un reactor de más de 300 kW, estaría habitada por tripulaciones de seis a doce cosmonautas.

Propuesta de estación militar soviética con un reactor nuclear de 1990 (buran.ru).

Tras más de medio siglo de vuelos espaciales, las estaciones nucleares siguen siendo una fantasía. Y teniendo en cuenta los riesgos de la radiación en el espacio y los peligros de que un reactor nuclear reentre en la atmósfera y caiga sobre una zona habitada, seguramente continúen siéndolo durante mucho tiempo.

Referencias: 



24 Comentarios

  1. Ciencia rimbombante. El reciente nacimiento de la era atómica alimentó esos diseños futurista con reactores y más reactores. Toda ciencia rimbombante termina así.

  2. No parece razonable tener reactores nucleares dando vueltas sobres nuestras cabezas -aunque tenemos submarinos, portaaviones, cruceros, rompehielos y otros buques surcando nuestros océanos propulsados por uno o más reactores nucleares-, pero no veo el inconveniente de usar energía nuclear para misiones más allá de la órbita terrestre…

    1. En eso estoy de acuerdo, la futura… mejor dicho futurible estación en el punto L2 por ejemplo podría incluir un sistem semejante. Aunque supongo que incluir un módulo así requeriría de un desmbolso de dinero bastante grande, que el proyecto de la estación no soportaría. pero al menos no estaría directamente sobre nuestras cabezas…

    1. Entiendo que el mayor problema es la unión del modulo rotatorio con el resto de la nave, como lograr que sea estanco y móvil al mismo tiempo tiene que ser una obra ingenieril de narices …

    2. Lo más sencillo es que girase toda la estación, pero claro, para ello la estructura debería estar preparada para soportar las fuerzas que se iban a generar en cada sentido opuesto al centro de giro de la misma.

      1. Y la maniobra de acople con una estación en movimiento sería también muy compleja.
        La solución alternativa (estación rotatoria con módulo de acople estático) solamente cambiaría el proiblema de lugar, y haría la evacuación mucho más complicada.

  3. Es una lastima que no se hubieran equipado con reactores nucleares. Skylab reingreso a la tierra precisamente porque no tenia capacidad para alterar su órbita, cosa que estas si hubieran tenido. Pero a la final no se harán realidad por la fobia y el complejo (en sentido psicológico) sobre la energía nuclear, a pesar de que hoy en día los reactores podrían ser mas pequeños al utilizar los equipos menos energía, recuerden que en esa época los circuitos electrónicos de una nave requerían regrigeracion activa con agua-glucol para funcionar, y hasta habían lamparas de vacío en los sistemas de alta potencia.

  4. Yo tambien creo que teniendo la opción solar, usar reactores en LEO es por lo menos propenso al pánico mundial; pero es una pena que no se desarrolle esta tecnología (ya que casi nunca salimos de LEO hoy en día) que traería enormes ventajas para toda la exploración espacial fuera donde fuera (menos en LEO).
    Una cuestión referente a la MKBS; todos hemos visto múltiples planos de estaciones o naves con secciones giratorias que nunca se han hecho realidad supongo que por las complicaciones técnicas de implementarlo. Siempre me he preguntado como serían las juntas que mantuvieran la presión en el interior durante las miles de revoluciones que daría a lo largo de toda la vida útil del cacharro.¿Como se lograría eso?
    Grácias

    1. Las estaciones espaciales no se hacen girar porque lo que se quiere de ellas es ingravidez (mejor dicho, microgravedad ); en los 60 se pretendia crear «gravedad artificial » haciéndolas girar . Esto sería útil en viajes interplanetarios largos (como en «2001» ). La idea de estación espacial como centro de observaciones terrestres, astronómicas o factoría de materiales ya está superada. Los vuelos tripulados tienen entres sus mayores enemigos a muchos científicos.
      Saludos

    2. Hola Zacarías, creo que no me has entendido; no me refiero a hacer girar la estación entera, sino como en la MKBS o el Nautilus-X, solo una sección.
      La idea del fluido ferromagnetico para la junta seguramente es la más sencilla e ingeniosa, pero me queda la duda si sería factible o existen otras ideas

    3. con dos esclusas y una junta tradicional y un embragre, las esclusas solo se abren cuando se quiera parar de un compartimento a otro el resto del tiempo las elsistema esta desembragado. pero es mejor lo de la junta liquida.

    4. sobre el tema de la junta liquida tambien se puede hacer con un dielectrico liquido entre las placas de un condensador cargado.
      con un conductor liquido por el que circule una corriente.

  5. Yo tambien opino q es peligroso usar un reactor nuclear en la ISS, pero y si hablamos de la futura estacion espacial que quieren colocar en L2, yo creo que para esa posicion seria bastante posible y desde mi punto de vista seria hasta aconsejable para poder experimentar en cierto modo. Vosotros que opinais?

    1. Creo que el clima político actual no es el más propicio para una nave nuclear (a no ser que fuese una nave a Marte u otro proyecto parecido). Saldría más barato fabricar paneles más grandes o turbinas solares.

  6. Pues si se quiere hacer una colonia en Marte o en Europa o donde sea, habrá que fabricar unidades nucleares de energía para su subsistencia, y la mejor manera de comprobar su correcto funcionamiento sería ese:
    construir una estación espacial en un punto Lagrange. Sería lo bastante lejos de la Tierra como para no preocuparnos si hay fallos, y lo bastante cerca como para volver si hay problemas.

Deja un comentario

Por Daniel Marín, publicado el 19 marzo, 2013
Categoría(s): Astronáutica • NASA • Rusia • sondasesp