Coets amb energia nuclear.

Malgrat la controvèrsia que suscita l'energia nuclear a la Terra, els reactors nuclears podrien produir l'energia i la propulsió necessàries per portar grans naus espacials a Mart  o inclús, més enllà. La idea dels propulsors per coet nuclear, es remunta als anys quaranta. Actualment, donat els plans de missions interplanetàries impulsats per la fissió i la fusió nuclears, ha generat pensar en nous dissenys que tindrien moltes més possibilitats.

Els propulsors nuclears, podrien trobar la seva aplicació als viatges interplanetaris però fora de  l’atmosfera terrestre gràcies a que els coets pulsates amb hidrogen servirien per llançar el coet fora de l’òrbita baixa terrestre de manera que, només llavors arrencaria el sistema de propulsió nuclear.

El repte estar en com fer que aquests motors nuclears siguin segurs i lleugers. Gràcies als nous dissenys de combustibles i dels reactors seria possible, per això, la NASA treballa ara amb socis de la indústria aeroespacial  privada per fer possibles futures missions espacials tripulades amb combustible nuclear. La propulsió nuclear seria avantatjosa si  es vol anar a Mart i tornar en menys de dos anys de manera que, per permetre aquesta capacitat d'una missió, cal avançar amb una tecnologia clau  com és el combustible.

En concret, el combustible ha de suportar les altes temperatures i les condicions volàtils dins d’un motor nuclear tèrmic. Actualment, hi han dues empreses les quals afirmen què els seus combustibles són prou robustos per a un reactor segur, compacte i d'alt rendiment. De fet, una d’aquestes empreses ja ha lliurat un disseny detallat conceptual a la NASA.

La propulsió tèrmica nuclear utilitza l'energia alliberada per reaccions nuclears per escalfar l'hidrogen líquid a uns 2.430 °C, aproximadament vuit vegades la temperatura dels nuclis de les centrals nuclears. El propulsor s’expandeix i expulsa els brocs a enormes velocitats. Això pot produir el doble d’empenta per massa de propulsió en comparació amb la dels coets químics actuals, cosa que permetria als coets amb motor nuclear viatjar més lluny i més ràpidament. A més, un cop a la seva destinació, per exemple a la lluna de Saturn, Tità o Plutó, el reactor nuclear podria canviar del sistema de propulsió per fer de font d'energia elèctrica i això, permetria a la nau enviar dades d'alta qualitat durant anys.

Els combustibles d’urani poc enriquits, que s’utilitzen a les centrals elèctriques comercials, serien més segurs d’utilitzar, però poden arribar a ser fràgils i a trencar-se per les temperatures que hauria de suportar i també, els atacs químics de l’hidrogen què és extremadament reactiu.

Tot i això, Ultra Safe Nuclear Corp. Technologies (USNC-Tech), amb seu a Seattle, utilitza un combustible d’urani enriquit per sota del 20 %, que és un grau superior al dels reactors nuclear de les centrals elèctriques. Aquest combustible, conté partícules microscòpiques d’urani recobert de ceràmica disperses en una matriu de carbur de zirconi. Les microcàpsules mantenen els subproductes de fissió radioactiva a l’interior i deixen escapar la calor.

BWX Technologies , amb seu a Lynchburg, va treballar sota un contracte de la NASA per revisar dissenys que utilitzen un combustible compost ceràmic similar i també revisar una forma de combustible alternatiu integrat en una matriu metàl·lica. Des del 2017, es treballa en el disseny d'aquest.

Els dissenys de les dues empreses depenen de diferents tipus de moderadors. Els moderadors frenen els neutrons energètics produïts durant la fissió perquè puguin mantenir una reacció en cadena, en lloc de copejar i danyar l'estructura del reactor. BWX intercala els seus blocs de combustible entre elements d'hidrur, mentre que el disseny únic de USNC-Tech, integra un moderador de metall de beril·li al combustible de manera que aquest combustible es queda en una sola peça i sobreviu a les condicions del hidrogen i la radiació a altes temperatures i no consumeix tots els neutrons del reactor.

Els científics del Laboratori de Física del Plasma de Princeton, utilitzen aquest reactor experimental per escalfar plasmes de fusió de fins a un milió de ºC, en el llarg viatge per fer possible el desenvolupament dels coets amb fusió per a viatges interplanetaris.

Hi ha una altra via per fer possible de forma segura els petits coets nuclears i són els reactors de fusió. La fusió principal utilitza combustibles de deuteri i triti, però s'està treballant per fabricar un reactor que es basi en la fusió entre àtoms de deuteri i heli-3 en un plasma a alta temperatura, que produeixi molt pocs neutrons. No interessen els neutrons perquè poden afectar el material estructural convertint-lo en més feble i radioactiu, però certament, necessitaria molt menys combustible que la fusió convencional, i el dispositiu podria ser una mil·lèsima part.

En teoria, la propulsió de fusió podria superar amb escreix la propulsió basada en la fissió, perquè les reaccions de fusió alliberen fins a quatre vegades més energia. No obstant això, la tecnologia no és tan llarga de manera què, s’enfronta a diversos reptes, com ara generar i contenir el plasma i convertir eficaçment l’energia alliberada en un gas dirigit per les toberas d'escapament.

Pel contrari, USNC-Tech ja ha fet petits prototips  basats en el seu nou combustible de manera què s'està en camí de complir l'objectiu de la NASA de tenir un sistema de demostració a mitja escala a punt per al seu llançament pel 2027. El següent pas seria construir un sistema a gran escala per anar a Mart i fer possible una missió pel 2035.

Font:  Laboratori de Física del Plasma de Princeton