Ya en las primeras etapas del desarrollo de la industria espacial y de los cohetes, aparecieron las primeras propuestas para el uso de diversas tecnologías nucleares. Se propusieron y desarrollaron varias tecnologías y unidades, pero solo algunas de ellas alcanzaron la operación real. En el futuro, se espera la introducción de soluciones fundamentalmente nuevas.
El primero en el espacio
En 1954 se creó en EE. UU. El primer generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG o RTG). El elemento principal de un RTG es un isótopo radiactivo que se desintegra naturalmente con la liberación de energía térmica. Con la ayuda de un termoelemento, la energía térmica se convierte en energía eléctrica, que se suministra a los consumidores.
La principal ventaja del RTG es la posibilidad de funcionamiento a largo plazo con características estables y sin mantenimiento. La vida útil está determinada por la vida media del isótopo seleccionado. Al mismo tiempo, dicho generador se caracteriza por una baja eficiencia y potencia de salida, y también necesita protección biológica y medidas de seguridad adecuadas. Sin embargo, las RTG han encontrado aplicación en varias áreas con requisitos especiales.
En 1961 en los EE. UU. Se creó un RTG del tipo SNAP 3B con 96 g de plutonio-238 en una cápsula. En el mismo año, el satélite Transit 4A, equipado con dicho generador, entró en órbita. Se convirtió en la primera nave espacial en órbita terrestre en utilizar energía de fisión nuclear. En 1965, la URSS lanzó el satélite Kosmos-84, su primer dispositivo Orion-1 RTG que usa polonio-210.
Posteriormente, las dos superpotencias utilizaron activamente RTG para crear tecnología espacial para diversos fines. Por ejemplo, varios rovers de Marte en las últimas décadas han sido impulsados por la desintegración de elementos radiactivos. Del mismo modo, se proporciona la fuente de alimentación de las misiones que se alejan del Sol.
Durante más de medio siglo, los RTG han demostrado sus capacidades en varias áreas, incl. en la industria espacial, aunque siguieron siendo una herramienta especializada para tareas específicas. Sin embargo, en tal función, los generadores de radioisótopos contribuyen al desarrollo de la industria, la investigación, etc.
Cohete nuclear
Poco después del inicio de los programas espaciales, los países líderes comenzaron a resolver el problema de la creación de un motor de cohete nuclear. Se han propuesto diferentes arquitecturas con diferentes principios operativos y diferentes beneficios. Por ejemplo, en el proyecto estadounidense Orion, se propuso una nave espacial que utiliza una onda de choque de ojivas nucleares de baja potencia para acelerar. Además, se estaban elaborando diseños de un aspecto más familiar.
En los años cincuenta y sesenta, la NASA y organizaciones relacionadas desarrollaron el motor NERVA (motor nuclear para aplicaciones de vehículos cohete). Su componente principal era un reactor nuclear de ciclo abierto. El fluido de trabajo en forma de hidrógeno líquido tuvo que ser calentado desde el reactor y expulsado a través de la boquilla, creando empuje. Un motor nuclear de este tipo era superior en rendimiento de diseño a los sistemas tradicionales de combustible químico, aunque era más peligroso en funcionamiento.
El proyecto NERVA se puso a prueba de varios componentes y de todo el conjunto. Durante las pruebas, el motor se encendió 28 veces y funcionó durante casi 2 horas, se confirmaron las características; no hubo problemas importantes. Sin embargo, el proyecto no recibió más desarrollo. A finales de los años sesenta y setenta, el programa espacial estadounidense se redujo seriamente y se abandonó el motor NERVA.
En el mismo período, se llevó a cabo un trabajo similar en la URSS. Un proyecto prometedor propuso el uso de un motor con un reactor que calienta el fluido de trabajo en forma de hidrógeno líquido. A principios de los años sesenta se creó un reactor para dicho motor, y posteriormente se comenzó a trabajar en el resto de unidades. Durante mucho tiempo, continuaron las pruebas y el desarrollo de varios dispositivos.
En los años setenta, el motor RD-0410 terminado pasó una serie de pruebas de encendido y confirmó las principales características. Sin embargo, el proyecto no recibió un mayor desarrollo debido a la alta complejidad y los riesgos. La industria nacional de cohetes y espacio siguió utilizando motores "químicos".
Remolcadores espaciales
En el transcurso de más trabajos de investigación y diseño en los Estados Unidos y en nuestro país, llegaron a la conclusión de que no es conveniente utilizar motores del tipo NERVA o RD-0410. En 2003, la NASA comenzó a probar una arquitectura fundamentalmente nueva para una nave espacial con una planta de energía nuclear. El proyecto se llamó Prometheus.
El nuevo concepto proponía la construcción de una nave espacial con un reactor completo a bordo, que proporcionara electricidad, así como un motor a reacción de iones. Tal aparato podría encontrar aplicación en misiones de investigación a larga distancia. Sin embargo, el desarrollo de "Prometheus" resultó ser prohibitivamente caro y los resultados se esperaban sólo en un futuro lejano. En 2005, el proyecto se cerró por falta de perspectivas.
En 2009, comenzó el desarrollo de un producto similar en Rusia. El "Módulo de Transporte y Energía" (TEM) o "remolcador espacial" es para recibir una planta de energía nuclear de una clase de megavatios junto con un motor de iones ID-500. Se propone que la nave espacial se monte en órbita terrestre y se utilice para el transporte de diversas cargas, la aceleración de otras naves espaciales, etc.
El proyecto TEM es muy complejo, lo que afecta su costo y tiempo. Además, hubo numerosos problemas organizativos. Sin embargo, a mediados de las décimas, los componentes individuales del TEM se sacaron para probar. El trabajo continúa y en el futuro puede conducir al surgimiento de un verdadero "remolcador espacial". La construcción de un aparato de este tipo está prevista para la segunda mitad de los años veinte; puesta en servicio - en 2030
En ausencia de serias dificultades y el cumplimiento oportuno de todos los planes, el TEM puede convertirse en el primer producto de su clase del mundo que se ponga en servicio. Al mismo tiempo, existe un cierto margen de tiempo, al tiempo que se excluye la posibilidad de la aparición oportuna de competidores.
Perspectivas y limitaciones
Las tecnologías nucleares son de gran interés para la industria espacial y de los cohetes. En primer lugar, las plantas de energía de diferentes clases pueden ser útiles. Los RTG ya han encontrado una aplicación y están firmemente arraigados en algunas áreas. Los reactores nucleares en toda regla aún no se utilizan debido a sus grandes dimensiones y masa, pero ya hay desarrollos en barcos con dicho equipo.
Durante varias décadas, las principales potencias espaciales y nucleares han elaborado y probado en la práctica una serie de ideas originales, determinado su viabilidad y encontrado las principales áreas de aplicación. Estos procesos continúan hasta el día de hoy y, probablemente, pronto darán nuevos resultados de naturaleza práctica.
Cabe señalar que las tecnologías nucleares no se han generalizado en el sector espacial y es poco probable que esta situación cambie. Al mismo tiempo, resultan útiles y prometedores en determinadas áreas y proyectos. Y es en estos nichos donde ya se está realizando el potencial disponible.
