En los años 60 y 70 los Estados Unidos y la Unión Soviética desarrollaron varios prototipos de motores nucleares térmicos, siendo los más famosos el programa NERVA o el motor RD-0410. Sin embargo, ninguno de ellos alcanzó el espacio. La propulsión nuclear térmica consiste en usar un reactor nuclear de fisión para calentar un propelente de baja masa molecular —normalmente hidrógeno— con el fin de que salga expulsado a gran velocidad. La gran ventaja de usar este tipo de propulsión, conocida por las siglas en inglés NTP (Nuclear Thermal Propulsion), es su gran eficiencia, capaz de obtener impulsos específicos (Isp) por encima de los 800 segundos (como comparación, la propulsión química convencional suele proporcionar Isp de entre 300 y 450 segundos). En cuanto a sus contratiempos, el más importante es la expulsión de materiales radiactivos por la tobera, aunque esto no es un problema si el motor se activa en el espacio. Pero también hay que tener en cuenta la radiación generada —que puede afectar a la electrónica y a los seres vivos por igual—, la mala relación empuje/peso o su elevado precio. Eso sí, un motor nuclear sin activar no es radiactivo, a diferencia de lo que ocurre con los generadores de radioisótopos (RTGs), que emplean sustancias altamente radiactivas desde un principio.

Pero quizás el inconveniente principal de la propulsión nuclear térmica es que su eficiencia, aunque alta, no es espectacular, sobre todo comparada con otros sistemas de propulsión (por ejemplo, la propulsión iónica puede alcanzar fácilmente entre 2000 y 5000 segundos de Isp, aunque el empuje proporcionado por este tipo de motores suele ser minúsculo). Este hecho ha sido el causante de que agencias y organizaciones espaciales hayan considerado que las dificultades en introducir un motor de este tipo no compensan sus ventajas. Pero eso podría estar a punto de cambiar. En 2020 la agencia de investigación militar  DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) puso en marcha el programa DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) para desarrollar un motor nuclear térmico que se pueda usar en misiones en el espacio cislunar.

El pasado 9 de abril de 2021 DARPA otorgó un contrato por valor de 22 millones de dólares a la empresa General Atomics para desarrollar un reactor nuclear compacto que pueda usarse en un motor NTP. El objetivo del programa DRACO es crear un prototipo de nave cislunar NTP que disponga de un motor nuclear con una relación peso-empuje similar a la de un motor químico convencional, pero con un Isp entre dos y cinco veces superior. General Atomics dispone ahora de un año y medio para diseñar un reactor adecuado para el programa en esta primera fase. El reactor debe ser del tipo HALEU (High-Assay Low-Enriched Uranium), es decir, que tendrá del 20% de uranio-235. Es de suponer que el diseño final usará un núcleo sólido —empleado en los programas de los años 60— y no uno líquido o gaseoso, que, en principio, puede aumentar la eficiencia dramáticamente, pero presenta unos problemas de construcción mucho más complejos. Por otro lado, el 12 de abril, coincidiendo con el Día de la Cosmonáutica, DARPA anunció otros contratos para desarrollar la nave del programa DRACO según los cuales Lockheed Martin recibió 2,9 millones de dólares y Blue Origin 2,5 millones. Las dos empresas comenzarán a desarrollar sus respectivos conceptos de naves una vez General Atomics haya finalizado el diseño del reactor. Evidentemente, estas cifras no son suficientes para lanzar una nave con propulsión nuclear térmica a las cercanías de la Luna, así que DARPA tendrá que desembolsar muchos millones de dólares adicionales si quiere que DRACO sea una realidad.

Como decíamos en la introducción, los reactores nucleares no son peligrosos si se lanzan desactivados a la órbita. Una vez operativos, la cosa cambia y habría que tener mucho cuidado con que no reentren en la atmósfera terrestre. No en vano, la Unión Soviética lanzó 34 reactores nucleares espaciales y la mayoría siguen en órbitas altas, pero dos de ellos —Kosmos 954 y Kosmos 1402— cayeron a la Tierra (estos reactores no se usaron para propulsión nuclear térmica, sino para alimentar los sistemas de los satélites espías US-A destinados a buscar buques de la armada estadounidense en medio del océano). Si sale adelante, DRACO sería el segundo reactor nuclear lanzado al espacio por Estados Unidos tras el SNAP-10A de 1965 (oficialmente, porque hay rumores de que algunos satélites militares estadounidenses podrían haber despegado con un reactor a bordo). Por el momento, se desconocen los detalles técnicos de la nave DRACO, o sea, sus dimensiones, masa, prestaciones u objetivos.

El programa DRACO no es la única iniciativa en marcha en Estados Unidos para revivir la propulsión nuclear térmica. La NASA también mantiene su propio programa y, también este mes, otorgó un contrato de 9,4 millones de dólares a la empresa BWX Technologies para concretar el diseño y técnicas de manipulación y fabricación de las cápsulas de combustible —uranio HALEU— del reactor de un motor nuclear. Es importante resaltar que estos estudios no están directamente relacionados con otras iniciativas de la NASA para construir un reactor nuclear con el objetivo de suministrar energía eléctrica (unos diez kilovatios) para misiones espaciales o bases en la Luna o en Marte, como es el proyecto Kilopower. Estos últimos reactores también se podrían emplear para propulsión en el espacio, pero hablamos aquí de propulsión iónica o de plasma —NEP—, no nuclear térmica.

Estados Unidos es el único país que tiene proyectos en marcha para desarrollar motores nucleares térmicos —salvo que China lleve alguno en secreto, claro—, aunque esto no significa necesariamente que DRACO o el NTR de la NASA se hagan realidad. Por el momento estos programas tienen como función mantener engrasada la industria para que no se pierda el know-how asociado a esta tecnología más que la construcción de un ejemplar de vuelo real. La agencia DARPA se caracteriza por subvencionar la industria privada con muchos proyectos avanzados que luego no tienen mayor recorrido. Pero, quién sabe, a lo mejor en los próximos años vemos al fin un motor nuclear térmico en el espacio.

Referencias:

• https://www.darpa.mil/news-events/2021-04-12
• https://www.bwxt.com/news/2021/04/01/BWXT-Awarded-Additional-Nuclear-Thermal-Propulsion-Work-for-NASA