Una de las víctimas colaterales de la invasión de Ucrania por parte de Rusia ha sido el rover europeo Rosalind Franklin. Debía haber sido lanzado rumbo a Marte en la misión ExoMars 2022 en colaboración con Rusia, pero se quedó en tierra tras comenzar las hostilidades por decisión de la Agencia Espacial Europea (ESA). No está claro cuándo se podrá lanzar el rover, si es que alguna vez logra despegar, pero incluso aunque logre asegurarse un billete al planeta rojo, deberá lidiar con un problema fundamental: las bajísimas temperaturas de la noche marciana. Para hacer frente a la enorme diferencia de temperaturas, el rover Rosalind Franklin ocultaba un pequeño secreto: el uso de calefactores a base de plutonio-238 (Pu-238). En efecto, a pesar de ser un rover de energía solar, los RHUs (Radioisotope Heater Units) eran esenciales para garantizar que el vehículo no sucumbiese durante el primer invierno marciano. De hecho, uno de los éxitos de las relaciones públicas de la NASA es haber hecho olvidar que los famosos rovers marcianos Sojourner, Spirit y Opportunity sí llevaban RHUs (3 y 8 unidades, respectivamente). Efectivamente, estos entrañables robots también eran «rovers nucleares». Sin estos calefactores a base de plutonio, los rovers tendrían que haber dedicado más de una quinta parte de su potencia eléctrica a mantener las temperaturas adecuadas, por lo que con toda seguridad su vida habría sido mucho más corta.
Pero, parafraseando a los clásicos, el plutonio-238 no es algo que se pueda comprar en una farmacia. En el caso del Rosalind Franklin, este carísimo y escasísimo isótopo venía de Rusia. Y, sin Rusia, no hay RHUs, porque Europa occidental no dispone de reservas de plutonio-238. No es la primera vez que la falta de plutonio ha supuesto un problema para la ESA. Si la sonda Philae hubiese llevado RHUs, o generadores de radioisótopos (RTG, Radioisotope Thermoelectric Generator, que además de calor también generan electricidad), seguramente habría podido sobrevivir más tiempo en la superficie del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko y completar su misión (por contra, la sonda europea Huygens que aterrizó en Titán llevaba 35 RHUs de la NASA). Los RTGs y RHUs reciben la denominación colectiva de RPS (Radioisotope Power Systems) y actualmente solo hay dos naciones que dispongan de plutonio-238 para su uso en RPS, Rusia y Estados Unidos, aunque de forma desigual. Estados Unidos paró la producción de plutonio-238 en 1988, por lo que entre 1992 y 2010 la NASA se vio obligada a comprar Pu-238 a Rusia para sus sondas espaciales con el fin de no mermar demasiado las reservas de este material. En 2013 comenzó a producir plutonio-238 de nuevo, pero se trata de un proceso muy lento y llevará muchos años alcanzar unas reservas importantes (los MMRTG que llevan Curiosity o Perseverance usan unos 5 kg de dióxido de plutonio-238 cada uno, de tal forma que si estas reservas no se repusieran, la misión Dragonfly a Titán será la última que pueda llevar RTGs de este isótopo).
En cuanto a Rusia, la producción de pequeñas cantidades de Pu-238 se mantiene en los reactores de la región de Oziorsk y en la planta de Beloyarsk. Roscosmos cuenta con unas considerables reservas cuya cantidad precisa no es pública. Sabemos, no obstante, que Rusia ha suministrado plutonio-238 a China para su uso en las misiones lunares Chang’e 3 y Chang’e 4, lo que ha permitido que estas sondas duren años en la superficie de la Luna. El plutonio-238 no tiene ninguna aplicación militar (el Pu-239 es el isótopo que se usa en las armas nucleares). En efecto, la única aplicación del Pu-238 que vale la pena es su utilización en RPS. Se obtiene mediante un lento y costoso procedimiento a partir del neptunio-237, que a su vez se crea del uranio-235 en los reactores de fisión. Entonces, ¿por qué Europa no dispone de plutonio-238 para sus propias misiones espaciales? Pues, básicamente, porque, como decíamos, es un proceso muy lento y muy caro y que requiere de instalaciones específicas y de una colaboración entre naciones (Reino Unido, Francia o Bélgica, por ejemplo) que, por otro lado, no están muy dispuestas a compartir detalles técnicos de su industria nuclear para sintetizar un isótopo que únicamente sirve como generador de energía para sondas espaciales.
Para que nos hagamos una idea del reto al que nos enfrentamos, la síntesis de Pu-238 pasa por filtrar y separar los residuos de un reactor donde se reprocesa material fisible hasta obtener una solución de nitrato de neptunio con una concentración de, al menos, 1,4 gramos por litro. Luego hay que eliminar el protactinio-233 de esta solución debido a que es un emisor de radiación gamma —esta peligrosa radiación encarece todo el proceso de manejo y traslado de estos isótopos— y, a continuación, se convierte el neptunio en polvo de dióxido de neptunio, un compuesto estable. Este polvo se comprime en pequeñas cápsulas o bolitas para ser irradiadas en un reactor con un elevado flujo de neutrones. Estos neutrones transforman el neptunio-237 en neptunio-238, que decae en plutonio-238 vía desintegración beta. La irradiación de los blancos de neptunio requiere diversos ciclos de varias semanas de duración cada uno y es un proceso que hay que afinar para equilibrar la máxima producción de Pu-238 con respecto a la proporción de otros isótopos del plutonio. Luego estos blancos hay que enfriarlos en una piscina de un reactor durante uno o dos años con el fin de permitir que se desintegren otros productos indeseados, como el Pu-236 (otro isótopo que genera gran cantidad de rayos gamma).
¿Esto es todo? Pues no. Los blancos irradiados luego hay que disolverlos en ácido nítrico para aplicar un proceso químico que permita separar el nitrato de plutonio obtenido del resto de compuestos (el neptunio recuperado en este proceso puede volver a usarse para crear más Pu-238). El nitrato de plutonio luego se convierte en polvo de dióxido de plutonio, pero solo se podrá usar en RPS si la concentración de Pu-238 supera el 85%. Este polvo luego tiene que manipularse y comprimirse para formar pequeñas cápsulas cerámicas que se meten dentro de envolturas de una aleación a base de iridio. Ahora ya podemos fabricar nuestros propios RPS. Si todo esto te parece difícil, ya te digo que se trata de un proceso mucho más complejo de lo que he descrito en este pequeño resumen. Y además, es un proceso lento. Un reciente estudio estimaba que Europa tardaría entre doce y veinte años (!!) en lograr una producción anual de 300 gramos una vez comenzase el procesado de neptunio. Esto significa que a estos plazos debemos sumar más de quince años para disponer de los 5 kg de dióxido de Pu-238 que necesita un MMRTG actual (el periodo de tiempo preciso dependerá de la pureza de plutonio-238 de las reservas, entre otros factores). Con estas dificultades, podemos valorar mejor el logro que supone disponer de 35 kg de Pu-238, que son las reservas actuales de las que dispone la NASA, sin contar con el plutonio sintetizado en los últimos años (no obstante, menos de la mitad de este plutonio es apto para ser usado en misiones espaciales).
Entonces, ¿qué podemos hacer? ¿Debemos renunciar a disponer de nuestros propios RPS? No necesariamente. Hace un par de décadas la ESA realizó varios estudios que favorecían el americio-241 frente al plutonio-238 para fabricar RPS. El Am-241 produce menos energía por unidad de masa que el Pu-238 (entre el 20% y el 25%), por lo que hace falta un RTG con el doble de masa de americio, aproximadamente, para producir la misma energía eléctrica que uno de plutonio (como vimos, la síntesis de Pu-238 genera un notable porcentaje de otros isótopos). El americio-241 tiene otras desventajas, siendo la principal que se trata de un importante emisor de rayos gamma. Pero la síntesis de americio-241 es un proceso muchísimo más rápido, y, sobre todo, barato, ya que se obtiene a partir del plutonio-241 presente en el combustible gastado de los reactores de fisión. El Pu-241 tiene una vida media de 14 años y se desintegra en Am-241. El combustible gastado de determinados reactores puede tener hasta un 11% de Pu-241, por lo que es mucho más abundante que el neptunio y no es necesario implementar un proceso tan complejo como el de la síntesis de Pu-238 para disponer de americio (el Am-241 también se usa en detectores de humo, pero harían falta tres millones de estos aparatos para recopilar un solo gramo de americio). Además, el americio posee una ventaja que puede ser fundamental para un tipo de misión concreto: las sondas interestelares. El Am-241 tiene una vida media de 432 años, mientras que la del Pu-238 es de 88 años, así que para una misión lanzada hacia el espacio interestelar que dure muchas décadas puede ser más efectivo el americio que el plutonio.
Aunque se han llevado a cabo varios estudios, todavía nadie ha fabricado un RTG o un RHU de americio-241. Todavía no está claro si es mejor usar dióxido de americio o trióxido de americio —u otro compuesto— como base para estos sistemas (el polvo de trióxido de americio es más sencillo de comprimir en cápsulas cerámicas, pero tiene otras desventajas). Tampoco sabemos con certeza qué materiales son los mejores para encapsular los compuestos de americio o la geometría ideal de las cápsulas de este isótopo (sí se sabe que la fabricación de cápsulas a base de polvo de óxido de americio es más compleja que las de óxido de plutonio). Por tanto, antes de embarcarse en un proceso a gran escala de síntesis de americio-241, primero habría que construir prototipos de RPS para asegurarnos de que el uso de este isótopo es mucho más barato con respecto al Pu-238 (se calcula que un RPS de Am-241 sale por un 20% del coste de uno con Pu-238). Con el fin de aclarar estas dudas, la ESA ha puesto en marcha el programa ENDURE (EuropeaN Devices Using Radioisotope Energy) para desarrollar RPS europeos a base de americio. Por el momento, ENDURE ha asegurado una financiación de 29 millones de euros. Si sigue adelante, a partir de la próxima década la ESA podría disponer de sus propios RPS.
¿Y no hay más elementos radiactivos? Desgraciadamente, no. Otros isótopos tienen una vida media más corta o son más difíciles de sintetizar o emiten radiaciones más peligrosas o requieren de una gran cantidad de material para generar energía o… Por ejemplo, el polonio-210, usado en RPS soviéticos en las misiones Lunojod y en sistemas terrestres, tiene una vida media de tan solo 138 días, insuficiente para una misión que pueda durar años (sigue siendo, no obstante, un isótopo a considerar en algunas misiones lunares). Hay otra alternativa, que es olvidarse de los RPS con isótopos difíciles de producir y pasar directamente a los reactores de fisión en el espacio. Esta opción es la que parece haber seguido China, que está desarrollando reactores de fisión para su uso en sondas a Neptuno y al medio interestelar, además de otras aplicaciones espaciales. Tradicionalmente se ha considerado que una nave que gaste menos de cien kilovatios es mejor que emplee RPS en vez de reactores, pero China podría no seguir esta norma en el futuro. En cualquier caso, Europa debería comprometerse ya mismo si queremos dejar de depender de otros países para nuestras misiones espaciales más ambiciosas.
Referencias:
- https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Tomorrow_s_technology_at_ESA
- https://www.belspo.be/belspo/space/doc/Presentations/20220930_Info_Day_Belspo/7_20220930_Presentation_ESA_Technology_GSTP.pdf
- https://www.nnl.co.uk/2023/03/new-contract-from-the-european-space-agency-to-accelerate-work-on-americium-241/
- https://nebula.esa.int/sites/default/files/neb_study/2610/C4000135477ExS.pdf
- https://international.andra.fr/sites/international/files/2019-08/Fiche%20projet%20RTG%20UK.pdf
Excelente y educativa entrada Daniel, que ganas de ver ese futuro con la ESA…
Muuuy bueno Daniel! gracias
con razón es tan caro!!!
Excelente trabajo. Felicidades
El Iridio utilizado para la encapsulación es paja al lado del precio del Plutonio.
Daniel, una pregunta:
Donde dices: «El Am-241 produce menos energía por unidad de masa que el Pu-238 (entre el 20% y el 25%)«…
¿… te refieres a que el Am-241 produce un 25% MENOS de energía que el Pu-238, o a que produce EL 25% (o sea, la cuarta parte) de la energía del Pu-238 para la misma masa?
Es que no acaba de quedar claro (al menos, para mí) y no es lo mismo producir el 75% que el 25% de energía, en absoluto, jajaja.
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En cuanto a los reactores de fisión para electricidad… ¿cómo va el tema de la refrigeración? Comentaste hace bastante algo de radiadores por goteo y tal, pero dada la malísima conductividad térmica del vacío, está peliaguda la cosa.
¿Existe algún material o procedimiento, aunque sea teórico, que pueda convertir el calor a energía IR directa? Quiero decir que si existe forma de convertir el calor directamente en IR e irradiarlo masivamente como si de un foco se tratase, sin necesidad de captura por un líquido circulante y/o radiadores expuestos a un medio más frío.
Ya sé que las cosas calientes emiten IR (nosotros mismos), pero esa emisión es una pequeña parte del calor total del objeto. Me quiero referir a que si se puede potenciar ese efecto, irradiar la mayor parte del calor en forma de luz IR, sin necesidad de enfriar el elemento radiador exponiéndolo a un medio (aunque sea el vacío)… no sé si me explico.
Pues estimado Noel te tengo una noticia.
La Agencia Espacial del Reino Unido a proporcionado fondos a Rolls Royce para el desarrollo de un micro reactor destinado a las futuras bases lunares (2030). La parte mala de la noticia es que solo le han dado 3 millónes de libras lo que se dice un chiste de mal gusto en términos de desarrollo tecnológico.
No hay muchos datos técnicos al respecto, por desgracia. Por lo tanto es solo una declaración de intenciones ó como dicen en el pueblo «toma estos duros y fijate que más necesitas»
Puedes googlear la noticia está por todos lados.
Sí, la he visto en Google News. Cuando llegue a casa, husmeo. Gracias!
https://www.rolls-royce.com/media/our-stories/discover/2023/uk-space-agency-backs-rolls-royce-nuclear-power-for-moon-exploration.aspx
Noel, en el espacio siempre se refrigera todo por radiación. Incluso los radiadores por goteo funcionan así, las gotas se enfrían por radiación, no conducción.
Ya, ya sé que en el vacío sólo sirve la radiación. Ni la conducción, ni la convección, porque no hay materia para ello.
A lo que me refiero es a si hay algún modo, aunque sea teórico, de MAXIMIZAR mucho más esa capacidad radiativa.
Ahora, cualquier cosa que se calienta, hay que llevar ese calor a un radiador (por cualquier medio) y esperar a que irradie más o menos lentamente ese calor. Es decir, que la mayor parte del calor se usa en calentar cosas en o dentro de la nave, para esperar luego pacientemente a que se disipe en el espacio por radiación.
Dado que no hay otro modo, la pregunta era si existe algo, aunque sea teórico, repito, que convierta la mayor parte del calor que recibe en luz IR, para irradiar mucho más eficientemente y rápido el calor acumulado. Vamos, algo que en vez de acumular el calor en sí mismo y esperar a irradiarlo, lo irradie en grandes cantidades apenas lo recibe.
De nuevo, no sé si me explico con claridad.
Yo veo más problema en el tema de conducir ese calor al radiador. Si el sistema es mediano vas a tener que meter bombas que transporten un fluído.
Otra cosa más que se puede romper.
Si quieres aumentar tu emisión de IR puedes trabajar en estos factores:
– tamaño, geometría y orientación de tus superficies radiantes
– temperatura de tu superficie radiante (cuanto más caliente, más emite)
– índice de emisividad de tu superficie
La irradiación de calor es directamente proporcional a la CUARTA potencia de la temperatura absoluta del radiador. De modo que un radiador bien caliente es capaz de eliminar una GRAN cantidad de energía. El problema claro está, es que no se funda el propio radiador. Te recomiendo que consultes este enlace donde se explica con bastante detalle y rigor la cuestión de los radiadores para los reactores nucleares espaciales: http://toughsf.blogspot.com/search?q=radiator
Esta muy bueno el enlace, lo miraré,gracias por compartirlos
Muchas gracias, Aristarco!
https://danielmarin.naukas.com/2014/12/04/por-que-philae-no-lleva-un-generador-de-radioisotopos/
«…Nadie ha fabricado nunca un RTG de americio-241, más que nada porque su potencia es una cuarta parte que la de uno de plutonio…»
Ok, muchas gracias, Pelau!
Perfectamente complementaria Pelau!
+3 (Tiro de tres).
Las explicaciones de Daniel sobre estos isótopos son magníficas, aunque solo sean un “esquemáticas” según nos dice.
¿Y que hay del famoso Torio y su supuesta importancia cuando fue descrito o descubierto en el suelo lunar? ¿Serviría para algo, o para alguna aplicación ISRU?
Me intrigan estos “elementos” radioactivos.
https://en.wikipedia.org/wiki/Thorium-based_nuclear_power
Clarísimo. “La esperanza nuclear” pero antes habría que desarrollar la tecnología aquí en la Tierra y luego ya veríamos si es exportable al espacio o no, o si es innecesaria.
Me ha sorprendido la India como mayor tenedor de reservas.
Me ha sorprendido que solo “un puñado” de reactores lo usen.
Pero China India y otros muestran su interés en desarrollarlos si no he entendido mal.
Gracias por la referencia.
https://www.planetary.org/space-images/thorium-map-of-the-moon
(A ver quien quiere extraerlo allí)
De Wikipedia: 114.7 mW/g (241Am) vs 570 mW/g for 238Pu. Así que efectivamente, produce el 25%, como se desprendía de la interpretación literal de lo escrito por Daniel. Por otra parte, la mayor parte de la masa de un sistema radioisotópico, especialmente los RTGs, se va en sistemas asociados para aprovechar el calor emitido – no de la masa radioactiva en sí – así que la escala de pesos no escala simplemente con la emisión de energía. De hecho, y según las fuentes de Wikipedia de nuevo (es decir, sujetas a «cierto» margen de error, pero parecen solventes), parece que en la escala de 5-50 W, los RTGs de plutonio y americio tienen más o menos la misma eficiencia de energía emitida por unidad de masa (2-2.5 W/kg).
También, como señalado en el artículo, hay que tener en cuenta la vida media. Si bien el plutonio es más ventajoso para suministrar energía pico al inicio de las misiones (cuando quizás lo requieran menos, sobre todo para misiones con escalas de tiempo de lustros o décadas destinadas al espacio profundo), el americio tiene un decaimiento más lento, haciéndolo durar más aunque emita menos energía: la emisión es más constante con una disminución del 3% frente al 15% del plutonio, en un arco temporal de 20 años. Obviamente la diferencia es más marcada cuanto más se prolongue la misión.
Gracias Daniel. Menuda lección de física nos ha dado. Esta claro que hay que leerlo varias veces para entender todo bien. Daniel siempre al día en asuntos espaciales.
saludos Jorge m. g.
En Europa hay mucho subnormal progre que se asusta de la energía nuclear (de fisión).
Conceptos relacionados con un isótopo nuclear, como: su vida media, complejidad en su síntesis, materiales o coste energético que requiere su síntesis, coste económico de su síntesis, tipos de radiaciones que emite, etc., quedan absolutamente relegados por los agoreros del catastrofismo nuclear. Y en este mismo blog, cuando se hacía referencia a lo nuclear y más en concreto a la construcción de reactores nucleares para ponerlos en sondas espaciales, muchos de vosotros también desbarrabais con bobadas sobre los peligros nucleares.
Lo que está claro es que China no va a construir una sonda con un reactor nuclear para que éste explote. Lo que se envía al espacio, por lo general, suele estar testadísimo. Es practicamente imposible que algo que no funciona en la Tierra se envíe al espacio.
Enlazo este comentario con otra nueva entrega del timo del cambio climático del IPCC.
En RTVE le han dado hoy una cobertura de altísimo nivel a las mentiras que ha publicado el IPCC sobre la subida del nivel del mar en los próximos milenios. Se ha de ser rematadamente subnormal, no como los de la película «Campeones» sino más profundamente subnormal, para creerse cualquier idiotez publicada por el IPCC sobre este asunto. Estos tipos se dedican a hacer modelos sesgados (irreales), que dejan en simulación durante milenios, a partir de unas décadas de datos: justo al revés de como dicta la razón, el sentido común y la estadística normal, la fetén, la que funciona.
La crisis económica de una inflación disparada, los tipos de interés creciendo y el paro, que todo esto va a generar, es consecuencia directa de la estafa climática que ha llevado a los gobiernos europeos a crear la agenda 2030 (y luego la 2050, etc.).
El Movimiento Campesino Ciudadano holandés es una de las escasas esperanzas contra esta absurda e ideologizada agenda 2030. Todos los demás partidos políticos (del sistema) han sucumbido al timo climático (y los partidos políticos anti-sistema son pura mierda: vi salir de una sede anarquista a unos chavales y lo único que tenían en común todos ellos era que no se habían duchado y que tenían la sede hecha una pocilga).
No se entiende muy bien cómo este tipo de comentarios altamente ideologizados y con tantas etiquetas y palabrotas no son filtrados, y más en una web científica. La crispación política no es un aporte al debate intelectual y científico.
Álvaro, si te leyeras las normas de Naukas y las del blog de Daniel lo entenderías perfectamente.
Por otro lado, la única forma de debatir científicamente sobre energía nuclear en el espacio o sobre la estafa del cambio climático es si los que no os habéis estudiado estos asuntos empezáis reconociendo que lo que sabéis de los mismos es sólo lo que os ha llegado de la propaganda política.
Lo de «altamente ideologizado» es, esencialmente, por el negacionismo del cambio climático mostrado en tu comentario. Que eso es a causa de una enorme carga ideológica es lógico dado que esas opiniones, fuera de la política o el mundo empresarial, solo están en el sector más minoritario y pseudocientífico del ámbito, teniendo en cuenta el más que conocido consenso científico al respecto. Que por las normas de los comentarios en Naukas puedan escribir libremente terraplanistas, apoloescépticos, negacionistas o hasta chemtrailistas, como he leído bastantes veces en el blog, hasta se entiende. Pero es lo de las palabrotas y las tantas etiquetas de enemigos o ignorantes a los demás lo que no entiendo cómo se acepta.
Euracas lloriquieando debido a las consecuencias de su propio comportamiento. Infantiloides.
La principal desventaja de Europa en particular y Occidente en general es que permite la existencia de escoria antioccidental como tú en su territorio.
En los regímenes dictatoriales que admiras, oh, casualidad, los antisistema desaparecen «misteriosamente».
@Aedib cuando entra al foro es para colocar un comentario “ Infantiloide” disociante, y se va,
jamas un aporte constructivo. Le da placer ofender.
Ya puestos si yo soy Euraca tú Sudaca.
¿Nos intercambiamos ?
El Estroncio 90 se produce en grandes cantidades como producto de la fisión del Uranio. ¿Su vida media de 28.8 años no sería suficiente para misiones espaciales? Ya se han fabricado RTGs de Sr-90 y por su abundancia debería ser más barato que el Americio, no?
Buenos días Daniel!
Sólo te diré que suelo leer noticias de carácter tecnológico y/o cientifico mientras desayuno antes de ir al trabajo, y quisiera decirte que he disfrutado mucho con la lectura de este artículo. Para mí, algo complejo en algún punto, dado mis desconocimiento en algunas materias, pero, a pesar de ello, me entusiasmado. Suena raro decir esto de un texto de este tipo, pero no quería dejar pasar la oportunidad de felicitarte.
Un saludo
Suscríbolo 100%.
Es un gustazo.
Una idea interesante. Emite radiación beta, que es fácil de detener (menos que la alfa pero no es un problema serio). Ignoro el motivo por el que no se ha considerado, tal vez, como comentas, su vida media es demasiado corta.
https://danielmarin.naukas.com/2014/12/04/por-que-philae-no-lleva-un-generador-de-radioisotopos/
…Los isótopos de un RTG deben cumplir cinco requisitos importantes [seguir leyendo]
Con estos requisitos en la mano podemos descartar la mayor parte de isótopos con una vida media larga que tienen el potencial de ser usados en RTG […] el estroncio-90 produce muchos electrones (radiación beta), que a su vez generan rayos X (lo que se traduce en requisitos de seguridad más estrictos y más blindaje, o sea, más dinero)…
Aunque se entiende, sobra el «no» donde dice «uno de los éxitos de las relaciones públicas de la NASA es haber hecho olvidar a la opinión pública que los famosos rovers marcianos Sojourner, Spirit y Opportunity no llevaban RHUs».
Es un gusto leer el resumen de los pasos de fabricación.
🤗Parece tan fácil! 🤔No es extraño que sea secreto…🤫 (es broma!😊😉)
A mí también me parece que sobra el «no» en esa frase; aunque hay gente muy loca, y si se les mete en la cabeza que es una indecencia que un rover vaya por ahí sin calefactores radiactivos…
¡Lo cambio!
Me queda otra duda, Daniel. Mencionas tres rovers pero únicamente dos cantidades («3 y 8») de calefactores RHUs: «los famosos rovers marcianos Sojourner, Spirit y Opportunity sí llevaban RHUs (3 y 8 unidades, respectivamente)».
Dado que hay tres rovers, ¿no deberían ser también tres las cantidades de RHUs para que pueda haber una relación «respectiva» con los rovers?
Spirit y Opportunity eran idénticos, por tanto la frase refiere a dos modelos de rover, Sojourner y Spirit/Opportunity.
Pelau, supongo que eso que comentas era lo que Daniel tenía en mente, pero me reconocerás que no es lo que literalmente transmite su frase.
Hombre, es que se presupone un mínimo de conocimiento. Eso es de 1° de espaciotrastornado.
😀
Pochimax, el problema es que la frase de Daniel es incorrecta tal como está. Sería correcta si en lugar de haber escrito «3 y 8 unidades, respectivamente» hubiera escrito «3, 8 y 8 unidades, respectivamente». Se trata de un cambio ínfimo: el añadido de únicamente dos símbolos (una coma y un 8).
Gracias por esta entrada tan trabajada y aclaradora.
Usar combustible nuclear de fisión como fuente de energía y propulsión en el espacio me parece adecuado, porque ahí la radiación ya es enorme y un reactor de fusión no añade un peligro significativo, a no ser en una nave tripulada sin suficiente separación entre las personas y el reactor.
El problema está en que la producción de ese combustible, y el riesgo del lanzamiento, está en la Tierra, el único sitio habitable, por lo que su contaminación radiactiva es imperdonable, ya que cualquier metro cuadrado habitable tiene un valor inmens, y eterno a escala humana.
Se debería trabajar más en buscar métodos de fusión nuclear portátiles, que puedan lanzarse al espacio sin los riesgos de contaminación del material fisible. Pero eso va para rato, porque ya nos está costando bastante conseguir reactores de fusión en inmuebles.😏
Hubo intentos de llegar la las temperaturas de fusión mediante cavitación en agua, con ultrasonidos, que consiguieron destellos luminosos. Supongo que la poca uniformidad del agua bajo la gravedad terrestre pudo ser un factor en contra. ¿Podría tener éxito en la microgravedad de un laboratorio espacial, usando una gran gota de agua pesada perfectamente esférica?
Otra contaminación imperdonable:
https://phys.org/news/2023-03-astronomers-alarm-pollution-satellites.html
Los astrónomos hacen sonar la alarma sobre la contaminación lumínica de los satélites
Si alguien lanza pintura sobre un cuadro famoso, patrimonio de la humanidad, le detienen y le sancionan. En cambio, si mancha la imagen del cielo, que es un patrimonio de la humanidad inmensamente más valioso y necesario, con constelaciones de satélites, se le premia con un gigantesco negocio de comunicaciones.
Esto no puede seguir en ese sentido, hay que darle la vuelta y castigar con proporción al daño que se hace.
La fusión nuclear util/comercial está muy muy lejos a nivel de un gran reactor(ITER) por lo que a nivel de reactor pequeño que se pueda embarcar en un satélite o nave espacial ni te cuento!
La fusión fría (ejemplo vía efecto túnel es una entelequia) y se demostró que nunca ocurrió de manera apreciable.
Totalmente de acuerdo, Ricardo.
Solo especulaba sobre un método de fusión en caliente, la fusión en burbujas, que aún no se ha demostrado con seguridad, y está ensombrecida por experimentos fraudulentos, pero aún así me parece muy atractivo y con posibilidades.
https://es.m.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_en_burbujas
Efectivamente la mayoría de esos experimentos con controversia provienen de científicos que trabajan en campos farragoso.
La «fusión fría » medía una tasa ínfima de calor y no tuvieron en cuenta los cálculos exactos de que la adsorción (no absorción) superficial de H2 en Pt/Pd que desprende calor ( de hay su uso en catálisis para hidrogenaciones) porque debilita el enlace H-H.
La velocidad superluminica ( por muy poco )de unos neutrinos,más de lo mismo, errores en la posición de emisor y receptor.
Los investigadores de la NASA que» descubrieron » que el arsénico se incorporaba en lugar fósforo en el DNA cuando los ésteres de arsénico con azúcares son muy lábiles . Resultó que no se pudieron reproducir las condiciones de crecimiento de la bacteria citada ( Halomonas spp.) y no se encontraron nucleótidos con arsénico.
También superconductores a temperatura ambiente , otro reto, han dado origen a publicaciones luego retratadas.
Luego retractadas, el corrector se «retrata » de vez en cuando.
Sí, la fusión sonoluminiscente hace años que anda apareciendo aquí y allá (sin ir más lejos, el reactor de la película «Chain Reaction», con Keanu Reeves y Morgan Freeman, se basa en ello).
Caso de funcionar, sería un sistema muy seguro, pues bastaría con suprimir la fuente de ondas sonoras para que cualquier reacción de fusión se detuviese al instante. No necesitaría campos magnéticos ultrapotentes ni otras características de los reactores tipo Stellarator o Tokamak, o de los de confinamiento inercial por láser, como el NIF de Livermore), con lo que sería un sistema mucho más liviano, seguro y «fácil» de construir…
… pero eso solo sería la TEORÍA si de verdad LOGRASE FUNCIONAR… cosa que está MUY por ver.
Estaría bien que lo probaran en la ISS.
Mira que si solo funcionará en ingravidez, en el centro justo de una esfera líquida perfecta flotando…Sería la leche para la navegación espacial. Dejadme soñarlo🙂
Relee despacio lo que has escrito.
Te doy una pista… aceleración = gravidez
Ahí es cuando ¡POP! despiertas del sueño 😀
Por no mencionar que de entrada no le encuentro sentido a que sólo funcione en ingravidez. Me da que 1 g es lo mismo que nada en comparación a las fuerzas que intervienen en esa «forma extrema de la cavitación acústica».
Pelau, la ventaja que le veo es que la presión sobre la cavidad en el centro sería uniforme desde todas las direcciones desde una bola perfecta. Quizá eso haría que la implosión fuera mucho más potente.
Dichas burbujas implosionan en cuestión de unos pocos nanosegundos y en ese parpadeo «supuestamente» alcanzan una presión interna de mil millones de atm…
https://web.archive.org/web/20200214202240/https://news.uns.purdue.edu/html4ever/2005/050712.Xu.fusion.html
…Researchers have estimated that temperatures inside the imploding bubbles reach 10 million degrees Celsius and pressures comparable to 1,000 million earth atmospheres at sea level…
Si damos por «buenas» esas cifras, obviamente la aceleración que sufre la superficie de una burbuja al implosionar es brutal no, lo siguiente.
Al lado de eso, una aceleración de 1 g es lo mismo que nada, o sea, cualquier diminuta imperfección en la esfericidad de las burbujas debida a la gravedad terrestre es irrelevante. Tan irrelevante como en el caso de estas otras esferitas implosivas…
//francis.naukas.com/2022/12/13/sobre-la-ignicion-de-la-fusion-en-nif-anunciada-a-bombo-y-platillo/
Es como si me dijeras que una bomba termonuclear necesita estar en 0 g para poder explotar… porque la compresión de la explosión química que detona la fisión que a su vez detona la fusión ha de ser ser perfectamente esférica… lo cual NO es así… alcanza y sobra con ser suficientemente esférica.
Pelau, gracias por la información.
Entre la fusión del NIF mediante lásers y el intento con ultrasonidos veo una diferencia en la que quizá podría afectar la esfericidad de la gota. La velocidad a que se propaga una irregularidad desde la superficie hasta la minúscula cavidad es la del sonido en el líquido, así que podría tener mucho más efecto que en el caso de los láseres bien sincronizados que se mueven a la velocidad de la luz, no dando tiempo a que la irregularidad de la cápsula afecte.
Un detallito…
//en.wikipedia.org/wiki/National_Ignition_Facility
…The implosion reaches a peak speed of 350 km/s (0.35 mm/ns), raising the fuel density from about that of water to about 100 times that of lead…
Eso es lo importante, la velocidad de implosión de la cápsula (unas mil veces más rápida que el sonido en el aire a nivel del mar), no la de los láseres (300.000 km/s).
Otro detallito…
//en.wikipedia.org/wiki/Sonoluminescence#Rayleigh–Plesset_equation
…Both simulation and experimental measurement show that during the critical final stages of collapse, the bubble wall velocity exceeds the speed of sound of the gas inside the bubble…
Eso es lo importante, la velocidad del sonido dentro de la burbuja (gas), no la de afuera (líquido). Porque siendo el sonido ondas de presión, si la burbuja colapsa más rápido que el sonido significa que la presión no tiene tiempo de distribuirse uniformemente… o sea, la presión dentro de la burbuja colapsante no es homogénea ni siquiera cuando la burbuja es perfectamente esférica… y no necesita ser homogénea, basta con ser suficientemente homogénea.
La suma de ambos detallitos me lleva a pensar al revés que tú. Me da que cuanto más rápida es la implosión, más afectan las irregularidades de la imperfecta esfericidad. Y esto es importantísimo, pues está claro que la simetría esférica de la onda de presión es crítica en los tres casos mencionados: burbujas sonoluminiscentes, fusión estilo NIF, y fisión en la primera etapa de una bomba termonuclear. Entiendo y comparto el énfasis que pones en ello.
Lo que no entiendo es qué pinta la ingravidez en ello, porque en cualquiera de los tres casos mencionados las fuerzas en liza son indeciblemente superiores a 1 g. Controlando suficientemente bien a esas fuerzas, las irregularidades debidas a la gravedad terrestre son irrelevantes…
https://web.archive.org/web/20200214202240/https://news.uns.purdue.edu/html4ever/2005/050712.Xu.fusion.html
…The researchers exposed the test chamber to subatomic particles called neutrons and then bombarded the liquid with a specific frequency of ultrasound, which caused cavities to form into tiny bubbles. The bubbles then expanded to a much larger size before imploding, apparently with enough force to cause thermonuclear fusion reactions.
In the Purdue research, however, the liquid was «seeded» with neutrons before it was bombarded with sound waves. Some of the bubbles created in the process were perfectly spherical, and they imploded with greater force than irregular bubbles. The research yielded evidence that only spherical bubbles implode with a force great enough to cause deuterium atoms to fuse together…
Bueno pues a esto me refería antes, he ahí burbujas suficientemente esféricas en condiciones normales de gravedad. Si la fusión sonoluminiscente funcionase en la ISS también debería hacerlo aquí abajo. Y si la ingravidez fuese absolutamente necesaria, pues entonces la fusión sonoluminiscente no serviría gran cosa para propulsión espacial, porque aceleración = gravidez. Valga este párrafo como resumen de toda la conversación 🙂
La fusión sonoluminiscente entiendo que la iniciaría el colapso de la burbuja debido a la tensión superficial. Esta tensión actúa desde todo el cuerpo del líquido. Si ese cuerpo es una bola perfecta y la burbuja está en el centro, la burbuja será perfectamente esférica y el colapso será más puntual y energético.
Quizá la mejor forma de conseguir un líquido perfectamente esférico es dejarlo flotar en ingravidez, aunque estaría mucho mejor conseguir la fusión con gravedad y un recipiente esférico.
Sería útil en una nave si se usara en periodos sin acelerar, para conseguir la esfera, entonces se acumularía la energía producida para usarla en periodos sin generación pero con aceleración de la nave.
Pero supongo que mi falta de formación me lleva a equivocarme de nuevo.
Muchas gracias Pelau, por trabajarte tanto las respuestas🙂
Entradas previas en la Danipedia sobre el asunto, para una mejor compresión del tema:
https://danielmarin.naukas.com/2014/12/04/por-que-philae-no-lleva-un-generador-de-radioisotopos/
https://danielmarin.naukas.com/2013/10/02/por-que-las-sondas-espaciales-usan-plutonio-guia-casera-para-fabricar-tu-propio-generador-de-radioisotopos/
Fantástica entrada. Voy a ponerme a fabricar Pu-238 en cuanto me termine el café. Gracias por las instrucciones, Daniel. 😉
Bueno, lo del americio para su uso en misiones espaciales ya viene de lejos. Incluso los británicos investigaron el asunto según una noticia de 2019:
https://es.futuroprossimo.it/2019/05/uk-fa-progressi-nello-sviluppo-di-motori-all-americio-per-missioni-spaziali-in-grado-di-durare-centinaia-di-anni/
La redacción de la noticia y su traducción es lpésima, pero bueno…
También en 2001 se publicó que científicos israelíes de la Universidad Ben Gurion estaban trabajando en un diseño de motor nuclear de americio como medio de propulsión para alcanzar Marte en un par de semanas. La ventaja es que el americio sólo necesita el equivalente del 1 por ciento de la masa del uranio o el plutonio necesarios para alcanzar el estado crítico e iniciar la fisión nuclear. En este tipo de motor espacial, el Am-242 tendría la forma de una película metálica sumamente delgada, de menos de una milésima de milímetro de grosor.
Otro científico que se interesó previamente por el uso del americio en viajes espaciales fue el Nobel de Física de 1984 Carlo Rubbia. En 1998 sugirió un reactor que haría una fisión típica en la que los protones impactarían con el núcleo del americio-242 cuya descomposición generaría elementos altamente ionizados. Estos elementos pasarían por una cámara de hidrógeno y la energía resultante sería utilizada como acelerante. El resultado sería un alto empuje que permitiría llegar a Marte en 45 días.
Pero bueno, creo que todas estas ideas serán usadas en el futuro para sondas de relativo pequeño tamaño y rovers; para el vuelo espacial propiamente dicho, donde esté un motor iónico o de plasma alimentado por un reactor de fisión, que se quite todo. 🙂 🙂 .)
Hola,
«La ventaja es que el americio sólo necesita el equivalente del 1 por ciento de la masa del uranio o el plutonio necesarios para alcanzar el estado crítico e iniciar la fisión nuclear.»
La verdad que no, la masa critica del Am241 es muy similar a la del U235 (el isótopo físil típico de los reactores de fisión)
https://en.wikipedia.org/wiki/Critical_mass
El Am-241 se usa habitualmente para «arrancar» por primera vez los reactores nucleares dado que emite grandes cantidades de neutrones. A lo mejor venían por aquí los tiros…
Pedro,
Tu comentario esta mal pero no tan mal …
Reconozco que quizás el comentario del Agente Comunista puede estar relacionado con la fuente de arranque de un reactor de fisión aunque el habla de masa crítica y ahí no me cierra.
Igual lo que quería corregir era lo de que el Am241 «emite grandes cantidades de neutrones» en realidad no es así, la que si emite muchos neutrones es la fuente de AmBe (Americio241 con Berilio)
El Am241 como casi todos los actínidos menores es más un alfa emisor que un emisor de neutrones, los alfa de decaimiento de del Am241 «chocan y arrancan» neutrones del Berilio, es algo que existe comercialmente https://www.qsa-global.com/industrial-ambe-neutron-sources.
Sumo el comentario como un complemento.
Fantástica entrada. Voy a ponerme a fabricar Pu-238 en cuanto me termine el café. Gracias por las instrucciones, Daniel. 😉
Bueno, lo del americio para su uso en misiones espaciales ya viene de lejos. Incluso los británicos investigaron el asunto según una noticia de 2019.
También en 2001 se publicó que científicos israelíes de la Universidad Ben Gurion estaban trabajando en un diseño de motor nuclear de americio como medio de propulsión para alcanzar Marte en un par de semanas. La ventaja es que el americio sólo necesita el equivalente del 1 por ciento de la masa del uranio o el plutonio necesarios para alcanzar el estado crítico e iniciar la fisión nuclear. En este tipo de motor espacial, el Am-242 tendría la forma de una película metálica sumamente delgada, de menos de una milésima de milímetro de grosor.
Otro científico que se interesó previamente por el uso del americio en viajes espaciales fue el Nobel de Física de 1984 Carlo Rubbia. En 1998 sugirió un reactor que haría una fisión típica en la que los protones impactarían con el núcleo del americio-242 cuya descomposición generaría elementos altamente ionizados. Estos elementos pasarían por una cámara de hidrógeno y la energía resultante sería utilizada como acelerante. El resultado sería un alto empuje que permitiría llegar a Marte en 45 días.
Pero bueno, creo que todas estas ideas serán usadas en el futuro para sondas de relativo pequeño tamaño y rovers; para el vuelo espacial propiamente dicho, donde esté un motor iónico o de plasma alimentado por un reactor de fisión, que se quite todo. 🙂 🙂
Tu comentario ha fisionado.
Sí, por culpa del enlace que puse en la primera version… 🙂 🙂 🙂
😀
Excelente, detallada, e informadísima nota Daniel, de un tema, muy poco conocido y publicado.
Sds
Muchas gracias por esta entrada Daniel. La encuentro muy interesante.
No entiendo muy bien, por qué la UE no ha tenido ningún plan para generación de energía atómica con fines científicos, hasta ahora. Quizás porque había suficiente comprando a Rusia y EEUU (hasta ahora). Quizás era más barato y sencillo comprarlo que generarlo.
Yo abogo por ser independientes en este ámbito, de la misma manera que consideramos que tener un cohete, aunque sea más caro que los de Space-X, mantenerlo, con el fin de mantener la independencia estratégica.
Creo que somos suficientes países como para justificar su inversión. Y tenemos al gigante atómico francés para ayudarnos a dar el paso.
Yo tengo claro que es cuestión de dinero. Hay que tener en cuenta que programas como el de la producción de Pu-238 se desarrollaron en la guerra fría, cuando los USA y la URSS, básicamente no escatimaban en gastos y si había que gastarse otros 1.000 millones sólo porque el otro lo hacía, pues se gastaban! Europa nunca estuvo en esa dinámica y tampoco ha tenido necesidad hasta hace relativamente poco, y vistos los plazos…
Ojala que lo del Americio prospere, a parte de solucionar el tema de los generadores/calentadores, puede abrir la puerta a la fisión en el espacio.
También es cierto que hasta la fecha nos hemos bastado y sobrado en la ESA con paneles solares. Y en las escasas ocasiones en que ha sido necesario hemos tirado de USA.
Aún así, sería interesante. Nos pondríamos líderes en algo 😀 Aunque el sistema solar interior es mucho más importante e interesante tampoco es cuestión de cerrarnos el camino por detalles como el no tener RHUs o RTGs propios.
Hola, corrige “ tras la ruptura de las hostilidades por decisión”. Creo que no es eso lo que quieres decir. Enhorabuena por el artículo
Ya es tiempo de afrontar la realidad: Europa como potencia espacial no existe.
Europa tiene ThalesAlenia,Airbus, OHB y más empresas que fabricaron módulos de la ISS y construyen satélites para más de medio mundo¿ para quien fábrica Rusia?.
Europa tiene Rosetta, Huygens,Mars Express, Beppi Colombo, Juice y observatorios solares ¿ que sondas tiene Rusia este siglo? Unos Luna en los hangares que nadie sabe cuánto más se aplazaran.
Rusia tiene unos Soyuz / Proton heredados y un Angara que lanza cada dos años .Cuando se acabe la ISS se van a quedar a dos velas porque como tarden tanto en lanzar la Estación Rusa como en montar la MIR están apañados.
Europa desarrollará el Ariane6 y arreglara el Vega-C.
Aedib te lo dice un euraca.
En una comunidad de vecinos hay que convivir con quien no te gusta, por ejemplo el del 3ºB. Otra cosa es que yo me vaya de karaoke y a la fiesta de cumpleaños del niño del vecino del 3ºB. Europa es una democracia y Rusia es una dictadura. ¿Puede una democracia tener contacto diplomático con una dictadura? Sí porque facilita la convivencia pero nada más. Rusia además de ser una dictadura nos amenaza con sus bombas atómicas y con sus tanques invade países mucho más amistosos, próximos a nuestra idiosincrasia y próximos geográficamente también. No podemos invitar a Rusia ni a la UEFA, ni a Eurovisión y su tecnología espacial puede metérsela por el…. Me alegro de que el Rosalind Franklin haya sido cancelado.
Como Europa puede estar en Democracia si para llegar al poder necesitas estar en un partido politico?
Europa de Democracia tiene lo mismo que Rusia, China y Cuba, no son mas que Repúblicas Representativas
Si te hacen creer que vives en Democracia es porque te han educado así desde niño para creer en ello
No es cierto que necesites estar en un partido político para llegar la poder.
En España no hace falta estar en ningún partido, por ejemplo. Hace falta que te vote el parlamento.
Pero vamos, que sólo eres un niño escribiendo sobre cosas que no entiendes, no sé para qué me molesto.
Bueno, pues un artículo muy interesante e instructivo. Recomiendo las otras entradas de Daniel sobre este tema, que también son súper interesantes (las ha enlazado más arriba Jofaserimon)
Veremos si la ESA consigue sacar adelante esto. Para empezar, esperaremos resultados de esos estudios de viabilidad preliminares.
Como se ha comentado, sería súper interesante que se sacara esto adelante para sondas de más larga duración.
El nombre Americio (Americium) proviene del lugar de su descubrimiento: América,
así como el elemento Europium debe su nombre al continente Europeo,
como dato curiosos el Europium sirve para absorber neutrones en reactores nucleares.
Me preguntaba si los restos de un generador de estos afectarían mucho el medio marino. No debe de perder combustible como gasolina o aceites… ¿Sería mucho peor cuando le pegue un rayo, se queme y se triture en una playa?
¿Aceptarían estas modificaciones radioactivas en un mega yate velero de alguien muy rico? P. ej. un youtuber de criptomonedas… 😊
Uno de los, em, «pequeños problemas» de los RTGs es que contienen enormes cantidades de radiactividad, así que tienes que estar muy seguro de que no va a haber problemas en caso de que el cohete falle. Por eso tienen que ir muy blindados, a prueba de explosiones, temperaturas extremas y colisiones contra el suelo. Antiguamente incluso los preparaban para resistir una reentrada atmosférica pero últimamente prefieren que se desintegren del todo (si esparcen la sustancia radiactiva a lo largo de cientos de kilómetros y a alturas de decenas de kilómetros tampoco es para tanto) a que lleguen de una pieza al suelo.
No es que sea un drama, no puede haber 200000 muertos como «denunció» Michio Kaku, pero tampoco es que sea para tomárselo a la ligera.
Los RHUs no tienen este problema porque las cantidades de sustancia involucradas son mucho menores (estamos hablando de gramos en lugar de kilos).
Gracias Pedro 🙂
Uau, impresiona.
Y si tanto da si es de torio, americio, sólo lo veremos en un «camión» en The Martian 😉
Oh, oh, pues si vuelvo a ver pasar un pseudobólido quemándose en el cielo a pocos kilómetros, como hace unos años… Me chamusco de dudas, y me refugio mejor, ji, ji…
Gracias Daniel por este artículo, altamente interesante.