El motor nuclear para aplicaciones en vehículos cohete ( NERVA ; / ˈ n ɜːr v ə / ) fue un programa de desarrollo de motores de cohetes térmicos nucleares que se desarrolló durante aproximadamente dos décadas. Su principal objetivo era "establecer una base tecnológica para los sistemas de motores de cohetes nucleares que se utilizarán en el diseño y desarrollo de sistemas de propulsión para aplicaciones en misiones espaciales". [2] Fue un esfuerzo conjunto de la Comisión de Energía Atómica (AEC) y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), y fue administrado por la Oficina de Propulsión Nuclear Espacial (SNPO) hasta que el programa finalizó en enero de 1973. La SNPO fue dirigida por Harold Finger de la NASA y Milton Klein de AEC .
NERVA tuvo sus orígenes en el Proyecto Rover , un proyecto de investigación de AEC en el Laboratorio Científico de Los Álamos (LASL) con el objetivo inicial de proporcionar una etapa superior de propulsión nuclear para los misiles balísticos intercontinentales de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos . Los motores de cohetes térmicos nucleares prometían ser más eficientes que los químicos. Después de la formación de la NASA en 1958, el Proyecto Rover continuó como un proyecto civil y se reorientó hacia la producción de una etapa superior de propulsión nuclear para el cohete lunar Saturn V de la NASA. Los reactores se probaron a muy baja potencia antes de enviarlos a Jackass Flats en el sitio de pruebas de Nevada . Mientras LASL se concentraba en el desarrollo de reactores, la NASA construyó y probó motores de cohetes completos.
La AEC, SNPO y la NASA consideraron a NERVA como un programa de gran éxito porque cumplió o superó los objetivos del programa. Demostró que los motores de cohetes térmicos nucleares eran una herramienta viable y fiable para la exploración espacial y, a finales de 1968, la SNPO consideró que el último motor NERVA, el XE, cumplía los requisitos para una misión humana a Marte . El programa contó con un fuerte apoyo político de los senadores Clinton P. Anderson y Margaret Chase Smith , pero fue cancelado por el presidente Richard Nixon en 1973. Aunque los motores NERVA se construyeron y probaron en la medida de lo posible con componentes certificados para vuelo y se consideró que el motor estaba listo para la integración. en una nave espacial, nunca volaron en el espacio.
Durante la Segunda Guerra Mundial , algunos científicos del Laboratorio de Los Álamos del Proyecto Manhattan , donde se diseñaron las primeras bombas atómicas , entre ellos Stan Ulam , Frederick Reines y Frederic de Hoffmann , especularon sobre el desarrollo de cohetes de propulsión nuclear. En 1946, Ulam y CJ Everett escribieron un artículo en el que consideraban el uso de bombas atómicas como medio de propulsión de cohetes. Esto se convertiría en la base del Proyecto Orión . [3] [4]
La revelación pública de la energía atómica al final de la guerra generó muchas especulaciones, y en el Reino Unido, Val Cleaver , ingeniero jefe de la división de cohetes de De Havilland , y Leslie Shepherd , física nuclear de la Universidad de Cambridge , examinó de forma independiente el problema de la propulsión de cohetes nucleares. Se convirtieron en colaboradores y, en una serie de artículos publicados en el Journal of the British Interplanetary Society en 1948 y 1949, esbozaron el diseño de un cohete de propulsión nuclear con un intercambiador de calor de grafito de núcleo sólido . A regañadientes llegaron a la conclusión de que, si bien los cohetes nucleares térmicos eran esenciales para la exploración del espacio profundo, todavía no eran técnicamente viables. [5] [6]
En 1953, Robert W. Bussard , un físico que trabajaba en el proyecto Energía nuclear para la propulsión de aviones (NEPA) en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, escribió un estudio detallado sobre "Energía nuclear para la propulsión de cohetes". Había leído el trabajo de Cleaver y Shepard, [7] el del físico chino Hsue-Shen Tsien , [8] y un informe de febrero de 1952 elaborado por ingenieros de Consolidated Vultee . [9] El estudio de Bussard tuvo poco impacto al principio porque solo se imprimieron 29 copias y estaba clasificado como Datos Restringidos y, por lo tanto, solo podía ser leído por alguien con la autorización de seguridad requerida. [10] En diciembre de 1953, se publicó en el Journal of Reactor Science and Technology de Oak Ridge . El artículo todavía estaba clasificado, al igual que la revista, pero esto le dio una circulación más amplia. [7] Darol Froman , subdirector del Laboratorio Científico de Los Álamos (LASL), y Herbert York , director del Laboratorio de Radiación de la Universidad de California en Livermore , estaban interesados y establecieron comités para investigar la propulsión de cohetes nucleares. Froman llevó a Bussard a LASL para que lo ayudara durante una semana al mes. [11]
El estudio de Bussard también atrajo la atención de John von Neumann , que formó un comité ad hoc para la propulsión nuclear de misiles. Mark Mills , el subdirector de Livermore, era su presidente, y sus otros miembros eran Norris Bradbury de LASL; Edward Teller y Herbert York de Livermore; Abe Silverstein , director asociado del Laboratorio de Propulsión de Vuelo Lewis del Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA) , una agencia federal que realizó investigaciones aeronáuticas; y Allen F. Donovan de Ramo-Wooldridge , una corporación aeroespacial. [11] Después de escuchar comentarios sobre varios diseños, el comité Mills recomendó en marzo de 1955 que continuara el desarrollo, con el objetivo de producir una etapa superior de cohete nuclear para un misil balístico intercontinental (ICBM). York creó una nueva división en Livermore y Bradbury creó una nueva llamada División N en LASL bajo el liderazgo de Raemer Schreiber , para llevarla a cabo. [12] En marzo de 1956, el Proyecto de Armas Especiales de las Fuerzas Armadas (AFSWP), la agencia responsable de la gestión del arsenal nacional de armas nucleares, recomendó asignar 100 millones de dólares al proyecto del motor de cohete nuclear durante tres años para que los dos laboratorios llevaran a cabo estudios de viabilidad. estudios y construcción de instalaciones de prueba. [13]
Eger V. Murphree y Herbert Loper, de la Comisión de Energía Atómica (AEC), fueron más cautelosos. El programa de misiles Atlas estaba avanzando bien y, si tenía éxito, tendría alcance suficiente para alcanzar objetivos en la mayor parte de la Unión Soviética . Al mismo tiempo, las ojivas nucleares se estaban volviendo más pequeñas, más ligeras y más poderosas. Por lo tanto, los argumentos a favor de una nueva tecnología que prometiera cargas útiles más pesadas en distancias más largas parecían débiles. Sin embargo, el cohete nuclear había adquirido un patrocinador político en el senador Clinton P. Anderson de Nuevo México (donde se encontraba LASL). Anderson , vicepresidente del Comité Conjunto de Energía Atómica del Congreso de los Estados Unidos (JCAE), era cercano a von Neumann, Bradbury y Ulam. Logró conseguir financiación en enero de 1957. [13]
Todo el trabajo sobre el cohete nuclear se consolidó en LASL, donde recibió el nombre en clave de Proyecto Rover ; [13] A Livermore se le asignó la responsabilidad del desarrollo del estatorreactor nuclear , cuyo nombre en código fue Proyecto Plutón . [14] El Proyecto Rover fue dirigido por un oficial en servicio activo de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) adscrito a la AEC, el teniente coronel Harold R. Schmidt. Respondía ante otro oficial adscrito de la USAF, el coronel Jack L. Armstrong, quien también estaba a cargo de Plutón y los proyectos de Sistemas de energía auxiliar nuclear (SNAP). [15]
Los motores de cohetes crean empuje acelerando una masa de trabajo en una dirección opuesta a su trayectoria deseada. En diseños convencionales, esto se logra calentando un fluido y permitiéndole escapar a través de la boquilla de un cohete . La energía necesaria para producir calor proviene de una reacción química en el combustible, que puede mezclarse como en el caso de la mayoría de los cohetes de combustible sólido , o tanques separados como en la mayoría de los cohetes de combustible líquido . [16] Seleccionar los combustibles a usar es una tarea compleja que debe considerar la energía de reacción, la masa del combustible, la masa del fluido de trabajo resultante y otras preocupaciones prácticas como la densidad y su capacidad para ser bombeado fácilmente. [17]
Los motores de cohetes nucleares utilizan un reactor nuclear para proporcionar energía para calentar el combustible en lugar de una reacción química. Debido a que las reacciones nucleares son mucho más poderosas que las químicas, un pequeño reactor puede reemplazar un gran volumen de sustancias químicas. Como la fuente de calor es independiente de la masa de trabajo, se puede seleccionar el fluido de trabajo para obtener el máximo rendimiento para una tarea determinada, no su energía de reacción subyacente. Por diversas razones, normalmente se utiliza hidrógeno . Esta combinación de características permite que un motor nuclear supere a uno químico; generalmente pretenden tener al menos el doble del impulso específico de un motor químico. [18]
En general, un motor nuclear es similar a un motor químico líquido. Ambos mantienen la masa de trabajo en un tanque grande y la bombean a la cámara de reacción mediante una turbobomba . La diferencia radica principalmente en que la cámara de reacción es generalmente mayor que el tamaño del reactor. Los factores que complicaban la situación se hicieron evidentes de inmediato. La primera era que había que encontrar un medio para controlar la temperatura del reactor y la producción de energía. La segunda era que había que idear un medio para retener el propulsor. El único medio práctico de almacenar hidrógeno era en forma líquida, y esto requería temperaturas inferiores a 20 K (-253,2 °C ). La tercera era que el hidrógeno se calentaría a una temperatura de alrededor de 2500 K (2230 °C), y se requerían materiales que pudieran soportar tales temperaturas y resistir la corrosión del hidrógeno. [19]
Para el combustible se consideró plutonio-239 , uranio-235 y uranio-233 . El plutonio fue rechazado porque forma compuestos fácilmente y no podía alcanzar temperaturas tan altas como las del uranio. El uranio-233 es ligeramente más ligero que el uranio-235, libera una mayor cantidad de neutrones por evento de fisión en promedio y tiene una mayor probabilidad de fisión, pero sus propiedades radiactivas lo hacen más difícil de manejar y no estaba disponible fácilmente. Por tanto, se eligió el uranio-235. [20] [21]
Para los materiales estructurales del reactor, la elección se redujo a grafito o metal. [20] De los metales, el tungsteno surgió como el favorito, pero era caro, difícil de fabricar y tenía propiedades neutrónicas indeseables. Para sortear sus propiedades neutrónicas, se sugirió utilizar tungsteno-184 , que no absorbe neutrones. [22] Por otro lado, el grafito era barato, en realidad se vuelve más fuerte a temperaturas de hasta 3300 K (3030 °C) y se sublima en lugar de fundirse a 3900 K (3630 °C). Por ello se eligió el grafito. [23]
Para controlar el reactor, el núcleo estaba rodeado por tambores de control recubiertos con grafito o berilio (un moderador de neutrones) por un lado y boro (un veneno de neutrones ) por el otro. La potencia de salida del reactor podría controlarse haciendo girar los tambores. [24] Para aumentar el empuje, basta con aumentar el flujo de propulsor. El hidrógeno, ya sea en forma pura o en un compuesto como el amoníaco , es un moderador nuclear eficiente, y al aumentar el flujo también aumenta la velocidad de las reacciones en el núcleo. Este aumento de la velocidad de reacción compensa el enfriamiento proporcionado por el hidrógeno. Además, a medida que el hidrógeno se calienta, se expande, por lo que hay menos calor en el núcleo para eliminarlo y la temperatura se estabilizará. Estos efectos opuestos estabilizan la reactividad y, por lo tanto, un motor de cohete nuclear es naturalmente muy estable y el empuje se controla fácilmente variando el flujo de hidrógeno sin cambiar los tambores de control. [25]
NERVA incorporó un escudo de radiación para proteger al personal y los componentes externos de la intensa radiación de neutrones y fotones que emitía. Aerojet Nuclear Systems Company desarrolló un material de protección liviano y eficiente a partir de una mezcla de carburo de boro ( B
4C ), hidruro de aluminio y titanio ( TiH
2), conocido como BATH por sus componentes. [26] [27] El hidruro de titanio es un excelente moderador de neutrones y el carburo de boro es un excelente absorbente de neutrones. Los tres componentes se mezclaron en forma de polvo y se utilizó una máquina de extrusión comercial para extruirlos hasta darles la forma deseada. Se descubrió que BATH era fuerte, con una resistencia a la tracción de hasta 190.000 kilopascales (28.000 psi), capaz de soportar altas temperaturas y con propiedades superiores de protección contra la radiación. [28]
LASL produjo una serie de conceptos de diseño, cada uno con su propio nombre en clave: Tío Tom, Tío Tung, Bloodhound y Shish. [29] En 1955, se había decidido por un diseño de 1.500 MW llamado Old Black Joe. En 1956, esto se convirtió en la base de un diseño de 2.700 MW destinado a ser la etapa superior de un misil balístico intercontinental. [20]
Los reactores nucleares para el Proyecto Rover se construyeron en el Área Técnica 18 de LASL (TA-18), también conocida como Sitio Pajarito. Los reactores fueron probados a muy baja potencia antes de ser enviados a Jackass Flats en el sitio de pruebas de Nevada . La División LASL N en TA-46 realizó pruebas de elementos combustibles y otras ciencias de materiales utilizando varios hornos y más tarde el horno nuclear. [30]
El trabajo en las instalaciones de prueba en Jackass Flats comenzó a mediados de 1957. Todos los materiales y suministros tuvieron que ser traídos desde Las Vegas . La Celda de Prueba A constaba de una granja de botellas de gas hidrógeno y un muro de hormigón de 1 metro (3 pies) de espesor para proteger la instrumentación electrónica de la radiación producida por el reactor. La sala de control estaba ubicada a 3,2 kilómetros (2 millas) de distancia. El reactor se encendió de prueba con la columna de humo en el aire para que los productos radiactivos pudieran disiparse de manera segura. [20]
El edificio de mantenimiento y desmontaje del reactor (R-MAD) era en muchos aspectos una típica celda caliente utilizada por la industria nuclear, con gruesos muros de hormigón, ventanas de vidrio de plomo y brazos de manipulación remota. Era excepcional sólo por su tamaño: 76 metros (250 pies) de largo, 43 metros (140 pies) de ancho y 19 metros (63 pies) de alto. Esto permitió que la locomotora entrara y saliera en un vagón de ferrocarril. [20]
Se decía que el "Jackass and Western Railroad", como se lo describía alegremente, era el ferrocarril más corto y lento del mundo. [31] Había dos locomotoras, la L-1 eléctrica controlada remotamente y la L-2 diésel/eléctrica, que se controlaba manualmente pero tenía protección contra la radiación alrededor de la cabina . [20] Normalmente se utilizaba el primero; este último se proporcionó como respaldo. [32] Los trabajadores de la construcción estaban alojados en Mercury, Nevada . Más tarde , se llevaron treinta casas móviles a Jackass Flats para crear un pueblo llamado "Boyerville" en honor al supervisor, Keith Boyer. Los trabajos de construcción se completaron en el otoño de 1958. [20] La NASA planeó desarrollar una comunidad de 2.700 personas, con 800 viviendas y su propio complejo comercial para 1967. [33]
En 1957, el proyecto del misil Atlas avanzaba bien y la necesidad de una etapa superior nuclear prácticamente había desaparecido. [34] El 2 de octubre de 1957, la AEC propuso recortar su presupuesto. [35] Dos días después, la Unión Soviética lanzó el Sputnik 1 , el primer satélite artificial. Este éxito sorpresa desató temores e imaginación en todo el mundo. Demostró que la Unión Soviética tenía la capacidad de lanzar armas nucleares a distancias intercontinentales y cuestionó las apreciadas nociones estadounidenses de superioridad militar, económica y tecnológica. [36] Esto precipitó la crisis del Sputnik y desencadenó la carrera espacial . [37] El presidente Dwight D. Eisenhower respondió creando ARPA para supervisar el desarrollo de tecnología y cohetes militares, y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) para dirigir el desarrollo de cohetes civiles. La NASA absorbió a la NACA como parte de su formación, junto con varios programas militares anteriores. [38]
La NACA llevaba mucho tiempo interesada en la tecnología nuclear. En 1951, había comenzado a explorar la posibilidad de adquirir su propio reactor nuclear para el proyecto de propulsión nuclear de aviones (ANP) y seleccionó su Laboratorio de Propulsión de Vuelo Lewis en Ohio para diseñarlo, construirlo y gestionarlo. Se eligió un sitio en la cercana Plum Brook Ordnance Works, [39] NACA obtuvo la aprobación de la AEC y la construcción del reactor Plum Brook comenzó en septiembre de 1956. [40] Abe Silverstein, el director de Lewis, estaba particularmente ansioso por adquirir control del Proyecto Rover. [41]
Donald A. Quarles , el subsecretario de Defensa , se reunió con T. Keith Glennan , el nuevo administrador de la NASA , y Hugh Dryden , el adjunto de Glennan, el 20 de agosto de 1958, [41] el día después de que Glennan y Dryden tomaran juramento en sus cargos en la Casa Blanca , [42] y Rover fue el primer punto del orden del día. Quarles estaba ansioso por transferir el Rover a la NASA, ya que el proyecto ya no tenía un propósito militar. [15] La responsabilidad de los componentes no nucleares del Proyecto Rover fue transferida oficialmente de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) a la NASA el 1 de octubre de 1958, [43] el día en que la NASA entró oficialmente en funcionamiento y asumió la responsabilidad del programa espacial civil de los EE. UU. . [44]
El Proyecto Rover se convirtió en un proyecto conjunto de la NASA y la AEC. [43] Silverstein, a quien Glennan había traído a Washington, DC, para organizar el programa de vuelos espaciales de la NASA, [45] nombró a Harold Finger para supervisar el desarrollo del cohete nuclear como jefe de la Oficina de Reactores Espaciales de la NASA. [15] El senador Anderson tenía dudas sobre la idoneidad de Finger para el puesto. Sintió que a Finger le faltaba entusiasmo por ello. Glenn se reunió con Anderson el 13 de abril de 1959 y lo convenció de que Finger haría un buen trabajo. [46] El 29 de agosto de 1960, la NASA creó la Oficina de Propulsión Nuclear Espacial (SNPO) para supervisar el proyecto del cohete nuclear. [47] Finger fue designado como su gerente, con Milton Klein de AEC como su adjunto. [48] Finger también fue Director de Sistemas Nucleares en la Oficina de Investigación y Tecnología Avanzada de la NASA. [49] El 1 de febrero de 1961 , el administrador adjunto de la NASA, Robert Seamans , y el director general de la AEC, Alvin Luedecke, firmaron un "Acuerdo entre la NASA y la AEC sobre la gestión de contratos de motores de cohetes nucleares". Programa para el Desarrollo de la Propulsión de Cohetes Nucleares Espaciales (Proyecto Rover)", que firmaron el 28 de julio de 1961. [49] SNPO también asumió la responsabilidad de SNAP, Armstrong se convirtió en asistente del director de la División de Desarrollo de Reactores de AEC y en Teniente Coronel. GM Anderson, ex oficial del proyecto SNAP en la oficina disuelta de la ANP, se convirtió en jefe de la sucursal SNAP en la nueva división. [48] Pronto se hizo evidente que había diferencias culturales considerables entre la NASA y la AEC. [15]
La sede de SNPO compartía la ubicación con la sede de AEC en Germantown, Maryland . [47] Finger estableció sucursales en Albuquerque, Nuevo México , (SNPO-A) para servir de enlace con LASL, y en Cleveland, Ohio , (SNPO-C) para coordinar con el Centro de Investigación Lewis, que se activó en octubre de 1961. En En febrero de 1962, la NASA anunció el establecimiento de la Estación de Desarrollo de Cohetes Nucleares (NRDS) en Jackass Flats, y en junio se estableció una sucursal de SNPO en Las Vegas (SNPO-N) para administrarla. A finales de 1963, había 13 miembros del personal de la NASA en la sede de SNPO, 59 en SNPO-C y 30 en SNPO-N. [49] El personal de SNPO era una combinación de empleados de la NASA y AEC cuyas responsabilidades incluían "planificación y evaluación de programas y recursos, la justificación y distribución de los recursos del programa, la definición y control de los requisitos generales del programa, el seguimiento y la presentación de informes sobre el progreso y los problemas a la NASA". y la gestión de AEC, y la preparación de testimonios ante el Congreso ". [50]
Finger convocó a la industria a presentar ofertas para el desarrollo del motor nuclear para vehículos cohete (NERVA) basado en el motor Kiwi desarrollado por LASL. [51] La adjudicación estaba prevista para el 1 de marzo de 1961, de modo que la decisión de proceder o no la pudiera tomar la administración entrante de Kennedy . [52] [53] Ocho empresas presentaron ofertas: Aerojet , Douglas , Glenn L. Martin , Lockheed , North American , Rocketdyne, Thiokol y Westinghouse . Una junta conjunta de la NASA y la AEC evaluó las ofertas. Calificó la oferta de North American como la mejor oferta en general, pero Westinghouse y Aerojet tuvieron ofertas superiores para el reactor y el motor, respectivamente, cuando se consideraron por separado. [54] Después de que Aerojet prometió al administrador de la NASA, James E. Webb , que pondría a sus mejores personas en NERVA, Webb habló con el comité de selección y les dijo que, aunque no deseaba influir en su decisión, North American estaba profundamente comprometido con el Proyecto Apolo. , y la junta podría considerar combinar otras ofertas. [55] El 8 de junio, Webb anunció que Aerojet y Westinghouse habían sido seleccionados. [53] Aerojet se convirtió en el contratista principal, con Westinghouse como el subcontratista principal. [56] Ambas empresas contrataron agresivamente y, en 1963, Westinghouse tenía 1.100 empleados trabajando en NERVA. [54]
En marzo de 1961, el presidente John F. Kennedy anunció la cancelación del proyecto de propulsión nuclear de aviones justo cuando el reactor Plum Brook de la NASA estaba a punto de completarse, [57] y durante un tiempo pareció que NERVA pronto seguiría el ejemplo. La NASA estimó que NERVA costaría en última instancia 800 millones de dólares (aunque AEC calculó que sería mucho menos), [58] y la Oficina de Presupuesto argumentó que NERVA sólo tenía sentido en el contexto de un aterrizaje lunar con tripulación o vuelos más al interior del Sol. Sistema , con ninguno de los cuales se había comprometido la administración. Luego, el 12 de abril, la Unión Soviética puso a Yuri Gagarin en órbita en Vostok 1 , demostrando una vez más su superioridad tecnológica. Unos días más tarde, Kennedy lanzó la desastrosa invasión de Bahía de Cochinos a Cuba, que resultó en otra humillación más para Estados Unidos. [59] El 25 de mayo, se dirigió a una sesión conjunta del Congreso . "En primer lugar", anunció, "creo que esta nación debería comprometerse a lograr el objetivo, antes de que termine esta década, de llevar un hombre a la Luna y devolverlo sano y salvo a la Tierra". A continuación añadió: "En segundo lugar, 23 millones de dólares adicionales, junto con los 7 millones de dólares ya disponibles, acelerarán el desarrollo del cohete nuclear Rover. Esto promete algún día proporcionar un medio para una exploración espacial aún más apasionante y ambiciosa. , tal vez más allá de la Luna, tal vez hasta el final del propio Sistema Solar". [60]
La SNPO fijó un objetivo para NERVA de una fiabilidad del 99,7 por ciento, lo que significa que el motor no funcionaría según lo diseñado más de tres veces por cada mil arranques. Para lograrlo, Aerojet y Westinghouse estimaron que necesitarían 6 reactores, 28 motores y 6 vuelos de prueba en vuelo de reactores (RIFT). Planearon 42 pruebas, considerablemente menos de las 60 pruebas que la SNPO había pensado que podrían ser necesarias. [54] A diferencia de otros aspectos de NERVA, RIFT era responsabilidad exclusiva de la NASA. [61] La NASA delegó la responsabilidad de RIFT al Centro Marshall de Vuelos Espaciales (MSFC) de Wernher von Braun en Huntsville, Alabama . [54] Von Braun creó una Oficina de Proyectos de Vehículos Nucleares en MSFC, encabezada por el Coronel Scott Fellows, un oficial de la USAF que había trabajado en ANP. [62]
En ese momento, la NASA estaba involucrada en la planificación de la misión de alunizaje que Kennedy había solicitado. En el proceso, la agencia consideró varios conceptos de propulsor , incluido lo que se convirtió en la familia Saturn y la Nova más grande . Se trataba de cohetes químicos, aunque para Nova también se consideraron etapas superiores nucleares. [63] El Comité Silverstein de diciembre de 1959 había definido la configuración del vehículo de lanzamiento Saturn, [64] incluido el uso de hidrógeno líquido como combustible para las etapas superiores. [sesenta y cinco]
En un artículo de 1960, Schmidt propuso reemplazar las etapas superiores con etapas nucleares NERVA. Esto ofrecería el mismo rendimiento que Nova, pero por la mitad del costo. Calculó el costo de poner una libra de carga útil en órbita lunar en 1.600 dólares para un Saturno totalmente químico, 1.100 dólares para Nova y 700 dólares para un Saturno químico-nuclear. [66] MSFC emitió un contrato de estudio para un RIFT con NERVA como etapa superior de un Saturn C-3 , pero el C-3 fue reemplazado poco después por el más poderoso C-4 y finalmente el C-5, que se convirtió en el Saturno V. [67] Sólo en julio de 1962, después de mucho debate, la NASA finalmente decidió un encuentro en la órbita lunar , que podría ser realizado por Saturno V, negando la necesidad de la Nova más grande y costosa, que fue abandonada. [68]
El vehículo de prueba RIFT tendría 111 metros (364 pies) de altura, aproximadamente lo mismo que el Saturn V; La configuración de la misión Saturn C-5N sería aún más grande, con 120 metros (393 pies) de altura, pero el Edificio de Ensamblaje de Vehículos (VAB) de 160 metros (525 pies) podría acomodarla fácilmente. Consistiría en una primera etapa S-IC , una etapa intermedia S-II ficticia llena de agua y una etapa superior SN (Saturno-Nuclear) NERVA. Para una misión real, se utilizaría una etapa S-II real. Lockheed iba a construir el escenario SN en un hangar de dirigibles que la NASA adquirió en Moffet Field en Sunnyvale, California , y lo ensamblaría en las instalaciones de pruebas de Mississippi de la NASA . [67]
La SNPO tenía previsto construir diez etapas SN, seis para pruebas en tierra y cuatro para pruebas en vuelo. Los lanzamientos debían realizarse desde Cabo Cañaveral . Los motores NERVA serían transportados por carretera en contenedores estancos y a prueba de golpes, con las barras de control bloqueadas en su lugar y cables de veneno nuclear en el núcleo. Como no sería radiactivo, podría transportarse y acoplarse de forma segura a las etapas inferiores sin protección. En vuelo, se tirarían los cables venenosos y el reactor se pondría en marcha a 121 kilómetros (75 millas) sobre el Océano Atlántico. El motor se encendería durante 1.300 segundos, impulsándolo a una altitud de 480 kilómetros (300 millas). Luego se cerraría y el reactor se enfriaría antes de impactar el Atlántico a 3.200 kilómetros (2.000 millas) de distancia. Se consideraría que NERVA está listo para la misión después de cuatro pruebas exitosas. [67]
Para apoyar a RIFT, LASL estableció una Oficina de Seguridad de Vuelo de Rover y SNPO creó un Panel de Seguridad de Vuelo de Rover. Dado que RIFT pedía que hasta cuatro reactores cayeran al océano Atlántico, LASL intentó determinar qué pasaría si un reactor chocara contra el agua a varios miles de kilómetros por hora. En particular, si se volvería crítico o explotaría cuando se inundara con agua de mar, un moderador de neutrones. También existía preocupación por lo que sucedería cuando se hundiera 3,2 kilómetros (2 millas) hasta el fondo del Atlántico, donde estaría bajo una presión aplastante. Había que considerar el posible impacto en la vida marina y, de hecho, en la vida marina que había allí abajo. [69]
El principal cuello de botella en el programa NERVA fueron las instalaciones de prueba en Jackass Flats. Se suponía que la celda de prueba C estaría terminada en 1960. La NASA y la AEC no solicitaron fondos para continuar la construcción, pero Anderson los proporcionó de todos modos. Hubo retrasos en la construcción, lo que obligó a Anderson a intervenir personalmente. Asumió el papel de director de construcción de facto, y los funcionarios de la AEC le reportaban directamente. [70]
En agosto de 1961, la Unión Soviética puso fin a la moratoria sobre ensayos nucleares que había estado vigente desde noviembre de 1958, por lo que Kennedy reanudó las pruebas de armas nucleares estadounidenses en septiembre. [71] Con un segundo programa intensivo en el sitio de pruebas de Nevada, la mano de obra se volvió escasa y hubo una huelga. Cuando eso terminó, los trabajadores tuvieron que enfrentar las dificultades de lidiar con el hidrógeno, que podía filtrarse a través de agujeros microscópicos que eran demasiado pequeños para que pasaran otros fluidos. El 7 de noviembre de 1961, un accidente menor provocó una violenta liberación de hidrógeno. El complejo finalmente entró en funcionamiento en 1964. SNPO preveía la construcción de un motor de cohete nuclear de 20.000 MW, por lo que Boyer hizo que la Chicago Bridge & Iron Company construyera dos gigantescos dewars de almacenamiento criogénico de 1.900.000 litros (500.000 gal EE.UU.) . Se añadió un edificio de mantenimiento y desmontaje de motores (E-MAD). Tenía gruesos muros de hormigón y compartimentos de protección donde se podían montar y desmontar los motores. También había un banco de pruebas de motores (ETS-1); Se planearon dos más. [67]
En marzo de 1963, SNPO y MSFC encargaron a Space Technology Laboratories (STL) que elaboraran un informe sobre qué tipo de motor de cohete nuclear se necesitaría para posibles misiones entre 1975 y 1990. Estas misiones incluían las primeras expediciones planetarias interplanetarias de ida y vuelta con tripulación (EMPIRE). , acercamientos y sobrevuelos planetarios, y un transbordador lunar. La conclusión de este informe de nueve volúmenes, entregado en marzo de 1965, y de un estudio de seguimiento, fue que estas misiones podrían realizarse con un motor de 4.100 MW con un impulso específico de 825 segundos (8,09 km/s). . Esto era considerablemente menor de lo que originalmente se había considerado necesario. De ahí surgió una especificación para un motor de cohete nuclear de 5.000 MW, que pasó a ser conocido como NERVA II. [72] [73]
La primera fase del Proyecto Rover, Kiwi, lleva el nombre del pájaro kiwi de Nueva Zelanda . [20] Un kiwi no puede volar, y los motores de los cohetes Kiwi tampoco estaban destinados a hacerlo. Su función era verificar el diseño y probar el comportamiento de los materiales utilizados. [23] El programa Kiwi desarrolló una serie de motores nucleares de prueba no volables, cuyo objetivo principal era mejorar la tecnología de los reactores refrigerados por hidrógeno. [74] En el Kiwi Una serie de pruebas realizadas entre julio de 1959 y octubre de 1960, se construyeron y probaron tres reactores. Kiwi A se consideró un éxito como prueba de concepto para motores de cohetes nucleares. Demostró que el hidrógeno podía calentarse en un reactor nuclear a las temperaturas necesarias para la propulsión espacial y que el reactor podía controlarse. [75]
El siguiente paso fue la serie de pruebas Kiwi B, que comenzaron con el Kiwi B1A el 7 de diciembre de 1961. Se trataba de un desarrollo del motor Kiwi A, con una serie de mejoras. La segunda prueba de la serie, Kiwi B1B, el 1 de septiembre de 1962, provocó daños estructurales extremos en el reactor y los componentes del módulo de combustible fueron expulsados cuando alcanzó su máxima potencia. Una prueba posterior del Kiwi B4A a plena potencia el 30 de noviembre de 1962, junto con una serie de pruebas de flujo en frío, reveló que el problema eran las vibraciones que se inducían cuando se calentaba el hidrógeno mientras el reactor alcanzaba su máxima potencia, en lugar de cuando se calentaba el hidrógeno. estaba funcionando a máxima potencia. [76] A diferencia de un motor químico que probablemente habría explotado después de sufrir daños catastróficos, el motor de cohete nuclear permaneció estable y controlable incluso cuando se probó hasta su destrucción. Las pruebas demostraron que un motor de cohete nuclear sería robusto y fiable en el espacio. [77]
Kennedy visitó LASL el 7 de diciembre de 1962 para recibir información sobre el Proyecto Rover. [78] Era la primera vez que un presidente visitaba un laboratorio de armas nucleares. Trajo consigo un gran séquito que incluía a Lyndon Johnson , McGeorge Bundy , Jerome Wiesner , Harold Brown , Donald Hornig , Glenn Seaborg , Robert Seamans, Harold Finger, Clinton Anderson, Howard Cannon y Alan Bible . Al día siguiente, volaron a Jackass Flats, convirtiendo a Kennedy en el único presidente que alguna vez visitó un sitio de pruebas nucleares. El Proyecto Rover había recibido 187 millones de dólares en 1962, y la AEC y la NASA pedían otros 360 millones de dólares en 1963. Kennedy llamó la atención sobre las dificultades presupuestarias de su administración y preguntó cuál era la relación entre el Proyecto Rover y Apolo. Finger respondió que era una póliza de seguro y que podría usarse en las posteriores misiones Apolo o posteriores a Apolo, como una base en la Luna o una misión a Marte. Weisner, apoyado por Brown y Hornig, argumentó que si una misión a Marte no podía realizarse antes de los años 1980, entonces RIFT podría posponerse hasta los años 1970. Seamans señaló que esa actitud había resultado en la crisis del Sputnik y en la pérdida del prestigio y la influencia estadounidenses. [79]
En enero de 1963, el senador Anderson se convirtió en presidente del Comité del Senado de Ciencias Aeronáuticas y Espaciales de los Estados Unidos . Se reunió en privado con Kennedy, quien acordó solicitar una asignación suplementaria para RIFT si se podía implementar una "solución rápida" al problema de vibración Kiwi que Seaborg prometió. Mientras tanto, Finger convocó una reunión. Declaró que no habrá una "solución rápida". Criticó la estructura de gestión de LASL y pidió que LASL adoptara una estructura de gestión de proyectos . Quería que se investigara a fondo el caso de los problemas de vibración y que se conociera definitivamente la causa antes de tomar medidas correctivas. Tres miembros del personal de SNPO (conocidos en LASL como los "tres ratones ciegos") fueron asignados a LASL para garantizar que se cumplieran sus instrucciones. Finger reunió a un equipo de especialistas en vibraciones de otros centros de la NASA y, junto con personal de LASL, Aerojet y Westinghouse, llevó a cabo una serie de pruebas de reactores de "flujo frío" utilizando elementos combustibles sin material fisionable. [80] [81] RIFT fue cancelado en diciembre de 1963. Aunque su restablecimiento se discutió con frecuencia, nunca ocurrió. [61]
Se realizaron una serie de cambios de diseño para abordar el problema de las vibraciones. En la prueba Kiwi B4D del 13 de mayo de 1964, el reactor se puso en marcha automáticamente y funcionó brevemente a máxima potencia sin problemas de vibración. A continuación se realizó la prueba Kiwi B4E el 28 de agosto, en la que el reactor estuvo en funcionamiento durante doce minutos, ocho de los cuales a plena potencia. El 10 de septiembre, se reinició el Kiwi B4E y funcionó a máxima potencia durante dos minutos y medio, lo que demuestra la capacidad de un motor de cohete nuclear para apagarse y reiniciarse. [76] En septiembre, se realizaron pruebas con un motor Kiwi B4 y PARKA, un reactor Kiwi utilizado para pruebas en LASL. Los dos reactores se hicieron funcionar a 4,9 metros (16 pies), 2,7 metros (9 pies) y 1,8 metros (6 pies) de distancia y se tomaron medidas de reactividad. Estas pruebas demostraron que los neutrones producidos por un reactor provocaban fisiones en otro, pero que el efecto era insignificante: 3, 12 y 24 céntimos respectivamente. Las pruebas demostraron que los motores de cohetes nucleares pueden agruparse, como suele ocurrir con los químicos. [77] [82] [83]
SNPO eligió el diseño del cohete térmico nuclear Kiwi-B4 de 330.000 newton (75.000 lbf) (con un impulso específico de 825 segundos) como base para el NERVA NRX (Experimento del reactor NERVA [84] ). Mientras que Kiwi fue una prueba de concepto, NERVA NRX fue un prototipo de motor completo. Eso significaba que necesitaría actuadores para girar los tambores y arrancar el motor, cardanes para controlar su movimiento, una boquilla enfriada por hidrógeno líquido y blindaje para proteger el motor, la carga útil y la tripulación de la radiación. Westinghouse modificó los núcleos para hacerlos más robustos para las condiciones de vuelo. Aún era necesario algo de investigación y desarrollo. Los sensores de temperatura disponibles solo tenían una precisión de hasta 1.980 K (1.710 °C), muy por debajo de lo requerido. Se desarrollaron nuevos sensores con una precisión de 2649 K (2376 °C), incluso en un entorno de alta radiación. Aerojet y Westinghouse intentaron predecir teóricamente el rendimiento de cada componente. Luego se comparó esto con el rendimiento real de la prueba. Con el tiempo, los dos convergieron a medida que se entendía más. En 1972, se podía predecir con precisión el rendimiento de un motor NERVA en la mayoría de las condiciones. [85]
La primera prueba de un motor NERVA fue el NERVA A2 el 24 de septiembre de 1964. Aerojet y Westinghouse aumentaron cautelosamente la potencia de forma gradual, a 2 MW, 570 MW, 940 MW, funcionando durante uno o dos minutos en cada nivel para comprobar los instrumentos, antes de finalmente aumentando a plena potencia a 1.096 MW. El reactor funcionó perfectamente y sólo hubo que apagarlo después de 40 segundos porque se estaba acabando el hidrógeno. La prueba demostró que NERVA tenía el impulso específico diseñado de 811 segundos (7,95 km/s); los cohetes de propulsor sólido tienen un impulso máximo de unos 300 segundos (2,9 km/s) y los cohetes químicos con propulsor líquido rara vez alcanzan más de 450 segundos (4,4 km/s). Los ejecutivos de Aerojet y Westinghouse estaban tan contentos que publicaron un anuncio de página completa en el Wall Street Journal con una fotografía de la prueba y el título: "¡A Marte!". El reactor se puso en marcha de nuevo el 15 de octubre. Originalmente, esto estaba destinado a probar la boquilla, pero se abandonó porque estaba cerca de su máximo de diseño de 2270 K (2000 °C). En cambio, se probó la turbobomba. El motor tenía una potencia de hasta 40 MW, los tambores de control estaban bloqueados en su lugar y se usaba la turbobomba para mantener la potencia estable en 40 MW. Funcionó perfectamente. Las simulaciones por computadora habían sido correctas y todo el proyecto estaba adelantado a lo previsto. [86] [87]
La siguiente prueba fue del NERVA A3 el 23 de abril de 1965. Esta prueba tenía como objetivo verificar que el motor podía funcionar y reiniciarse a plena potencia. El motor estuvo en funcionamiento durante ocho minutos, tres de ellos y medio a máxima potencia, antes de que los instrumentos indicaran que estaba entrando demasiado hidrógeno al motor. Se ordenó una parada , pero una línea de refrigerante se obstruyó. La potencia aumentó a 1.165 MW antes de que la línea se desatascara y el motor se apagara sin problemas. Se temía por la integridad de los tirantes que mantenían unidos los grupos de combustible. Se suponía que debían funcionar a 473 K (200 °C), con un máximo de 651 K (378 °C). Los sensores registraron que los tirantes habían alcanzado 1.095 K (822 °C), que era el máximo que podían registrar los sensores. Posteriormente, las pruebas de laboratorio confirmaron que las varillas podrían haber alcanzado los 1.370 K (1.100 °C). También había lo que parecía ser un agujero en la boquilla, pero resultó ser hollín. El robusto motor no sufrió daños, por lo que la prueba continuó y el motor funcionó durante trece minutos a 1.072 MW. Una vez más, el tiempo de prueba estuvo limitado únicamente por el hidrógeno disponible. [86] [87]
Las pruebas del NERVA NRX/EST (Prueba del sistema de motor) de la NASA comenzaron el 3 de febrero de 1966. [88] Los objetivos eran:
El NRX/EST se ejecutó a niveles de potencia intermedios los días 3 y 11 de febrero, con una prueba de potencia máxima (1.055 MW) el 3 de marzo, seguida de pruebas de duración del motor los días 16 y 25 de marzo. El motor se puso en marcha once veces. [88] Todos los objetivos de la prueba se lograron con éxito y NRX/EST funcionó durante un total de casi dos horas, incluidos 28 minutos a máxima potencia. Superó el tiempo de funcionamiento de los reactores Kiwi anteriores en casi un factor de dos. [89]
El siguiente objetivo era hacer funcionar los reactores de forma continua durante un período de tiempo prolongado. El NRX A5 se puso en marcha el 8 de junio de 1966 y funcionó a máxima potencia durante quince minutos y medio. Durante el enfriamiento, un pájaro aterrizó en la boquilla y fue asfixiado por el gas nitrógeno o helio, cayendo sobre el núcleo. Se temía que pudiera bloquear las líneas de propulsor o crear un calentamiento desigual antes de apagarse nuevamente cuando se volviera a arrancar el motor, por lo que los ingenieros de Westinghouse instalaron una cámara de televisión y una manguera de vacío, y pudieron sacar al pájaro mientras estaba a salvo detrás de un hormigón. muro. El motor se volvió a arrancar el 23 de junio y funcionó a máxima potencia durante otros catorce minutos y medio. Aunque hubo una corrosión severa, lo que resultó en una pérdida de reactividad de aproximadamente $ 2,20, el motor aún podría haberse reiniciado, pero los ingenieros querían examinar el núcleo. [90] [91]
Ahora se fijó una hora como objetivo para la prueba del NRX A6. Esto estaba más allá de la capacidad de la celda de prueba A, por lo que las pruebas ahora se trasladaron a la celda de prueba C con sus gigantescos Dewars. Por lo tanto, NRX A5 fue la última prueba en utilizar la celda de prueba A. El reactor se puso en marcha el 7 de diciembre de 1966, pero se ordenó una parada a los 75 segundos de la prueba debido a un componente eléctrico defectuoso. A esto le siguió un aplazamiento debido a las inclemencias del tiempo. El NRX A6 se puso en marcha de nuevo el 15 de diciembre. Funcionó a máxima potencia (1125 MW) con una temperatura de la cámara de más de 2270 K (2000 °C) y una presión de 4089 kilopascales (593,1 psi ) y un caudal de 32,7 kilogramos por segundo (4330 lb/min). Se necesitaron 75,3 horas para enfriar el reactor con nitrógeno líquido. Durante el examen se comprobó que el reflector de berilio se había agrietado debido a la tensión térmica. La prueba provocó el abandono de los planes para construir un motor NERVA II más potente. Si se requiriera más empuje, un motor NERVA I podría funcionar por más tiempo o podría agruparse. [90] [91]
Tras el éxito de la prueba A6, SNPO canceló las pruebas de seguimiento A7 y A8 previstas y se concentró en completar la ETS-1. En todas las pruebas anteriores el motor arrancaba hacia arriba; ETS-1 permitiría reorientar un motor para disparar hacia abajo en un compartimiento de presión reducida para simular parcialmente el disparo en el vacío del espacio. El banco de pruebas proporcionó una presión atmosférica reducida de aproximadamente 6,9 kilopascales (1,00 psi), equivalente a estar a una altitud de 60.000 pies (18.000 m). Esto se hizo inyectando agua en el escape, lo que creó vapor sobrecalentado que surgió a altas velocidades, creando un vacío. [92] [93]
Aerojet tardó más de lo esperado en completar ETS-1, en parte debido a la reducción de los presupuestos, pero también a problemas técnicos. Estaba construido con aluminio puro, que no se volvía radiactivo cuando se irradiaba con neutrones, y tenía un rociador de agua para mantenerlo fresco. Las juntas de goma eran un problema, ya que tendían a volverse viscosas en un ambiente radiactivo; Había que utilizar los de metal. La parte más difícil fueron los conductos de escape, que debían soportar temperaturas mucho más altas que sus homólogos de cohetes químicos. El trabajo de acero fue realizado por Allegheny Technologies y Air Preheater Company fabricó las tuberías. El trabajo requirió 54.000 kilogramos (120.000 libras) de acero, 3.900 kilogramos (8.700 libras) de alambre de soldadura y 10,5 kilómetros (6,5 millas) de soldaduras. Durante una prueba, los 234 tubos tendrían que transportar hasta 11.000.000 de litros (3.000.000 de gal EE.UU.) de agua. Para ahorrar dinero en cableado, Aerojet trasladó la sala de control a un búnker a 240 metros (800 pies) de distancia. [92]
El segundo motor NERVA, el NERVA XE, fue diseñado para acercarse lo más posible a un sistema de vuelo completo, incluso hasta el punto de utilizar una turbobomba de diseño de vuelo. Para ahorrar tiempo y dinero, se seleccionaron componentes que no afectarían el rendimiento del motor entre los disponibles en Jackass Flats. Se agregó un escudo contra la radiación para proteger los componentes externos. [94] Los objetivos de la prueba incluían probar el uso de ETS-1 en Jackass Flats para la calificación y aceptación de motores de vuelo. [95] El tiempo total de ejecución fue de 115 minutos, incluidas 28 salidas. La NASA y SNPO consideraron que la prueba "confirmaba que un motor de cohete nuclear era adecuado para aplicaciones en vuelos espaciales y podía operar con un impulso específico dos veces mayor que el de los sistemas de cohetes químicos". [96] El motor se consideró adecuado para las misiones a Marte planificadas por la NASA. La instalación también se consideró adecuada para la calificación de vuelo y la aceptación de motores de cohetes de los dos contratistas. [96]
La prueba final de la serie fue XE Prime. Este motor tenía 6,9 metros (23 pies) de largo, 2,59 metros (8 pies 6 pulgadas) de diámetro y pesaba aproximadamente 18.144 kilogramos (40.001 libras). Fue diseñado para producir un empuje nominal de 246.663 newtons (55.452 lb f ) con un impulso específico de 710 segundos (7,0 km/s). Cuando el reactor estaba funcionando a máxima potencia, aproximadamente 1140 MW, la temperatura de la cámara era de 2272 K (2000 °C), la presión de la cámara era de 3861 kilopascales (560,0 psi) y el caudal era de 35,8 kilogramos por segundo (4740 lb/min). , de los cuales 0,4 kilogramos por segundo (53 lb/min) se desviaron al sistema de enfriamiento. [1] Se llevó a cabo una serie de experimentos entre el 4 de diciembre de 1968 y el 11 de septiembre de 1969, durante los cuales el reactor se puso en marcha 24 veces, [93] y funcionó a máxima potencia durante 1.680 segundos. [1]
Fuente: [97]
En el momento de la prueba NERVA NRX/EST, los planes de la NASA para NERVA incluían una visita a Marte en 1978, una base lunar permanente en 1981 y sondas en el espacio profundo a Júpiter, Saturno y los planetas exteriores. Los cohetes NERVA se utilizarían para "remolcadores" nucleares diseñados para llevar cargas útiles desde la órbita terrestre baja (LEO) a órbitas más altas como componente del posteriormente denominado Sistema de Transporte Espacial , reabastecer varias estaciones espaciales en órbita alrededor de la Tierra y la Luna, y apoyar una base lunar permanente. El cohete NERVA también podría ser una etapa superior de propulsión nuclear para el cohete Saturno, lo que permitiría al Saturn mejorado lanzar cargas útiles de hasta 150.000 kg (340.000 lb) a LEO. [98] [99] [100] [101]
Defender a NERVA de críticos como Hornig, presidente del Comité Asesor Científico del Presidente (PSAC), requirió una serie de batallas burocráticas y políticas a medida que el costo creciente de la guerra de Vietnam ejerció presión sobre los presupuestos. El Congreso retiró los fondos a NERVA II en el presupuesto de 1967, pero el presidente Johnson necesitaba el apoyo del senador Anderson para su legislación sobre Medicare , por lo que el 7 de febrero de 1967 proporcionó el dinero para NERVA II de su propio fondo de contingencia. [102] Klein, que había sucedido a Finger como jefe de la SNPO en 1967, se enfrentó a dos horas de interrogatorio sobre NERVA II ante el Comité de Ciencia y Astronáutica de la Cámara de Representantes . Al final, el comité recortó el presupuesto de la NASA. La eliminación de fondos de NERVA II ahorró 400 millones de dólares, principalmente en nuevas instalaciones que serían necesarias para probarlo. Esta vez AEC y NASA aceptaron, porque la prueba del NRX A6 había demostrado que NERVA I podía realizar las misiones que se esperaban de NERVA II. [103] Al año siguiente, Webb intentó tomar dinero de NERVA I para pagar los gastos generales de la NASA después de que el Congreso recortó el presupuesto de la NASA a $ 3.8 mil millones. Johnson restableció la financiación de NERVA I, pero no la de la NASA. [104]
NERVA tenía muchas misiones propuestas. La NASA consideró utilizar Saturno V y NERVA en un "Gran Tour" del Sistema Solar. Entre 1976 y 1980 se produjo una rara alineación de los planetas que ocurre cada 174 años, lo que permitió a una nave espacial visitar Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Con NERVA, esa nave espacial podría pesar hasta 24.000 kilogramos (52.000 libras). Esto suponía que NERVA tuviera un impulso específico de sólo 825 segundos (8,09 km/s); 900 segundos (8,8 km/s) era más probable, y con eso podría colocar una estación espacial de 77.000 kilogramos (170.000 lb) del tamaño de Skylab en órbita alrededor de la Luna. Se podrían realizar viajes repetidos a la Luna con NERVA impulsando un transbordador nuclear. Por supuesto, también estaba la misión a Marte, que Klein evitó diplomáticamente mencionar, [105] sabiendo que, incluso después del alunizaje del Apolo 11 , la idea era impopular entre el Congreso y el público en general. [106]
Richard Nixon reemplazó a Johnson como presidente el 20 de enero de 1969 y la reducción de costos se convirtió en la orden del día. El Congreso redujo un poco la financiación del programa de la NASA para el presupuesto federal , cerrando la línea de producción del Saturn V. [108] El 4 de enero de 1970, el administrador de la NASA, Thomas O. Paine, anunció la cancelación del Apolo 20 para que su Saturno V estuviera disponible para lanzar Skylab . [109] La cancelación de los Apolo 18 y 19 siguió en septiembre de 1970. [110] Pero NERVA permaneció; Klein respaldó un plan mediante el cual el transbordador espacial pondría en órbita un motor NERVA y luego regresaría con combustible y una carga útil. Esto podría repetirse, ya que NERVA se podía reiniciar. [105] [111] NERVA ahora necesitaba la lanzadera, pero la lanzadera no necesitaba a NERVA. [112] NERVA todavía contaba con el firme apoyo de Anderson y Cannon en el Senado, pero Anderson estaba envejeciendo y cansado, y ahora delegó muchas de sus funciones en Cannon. NERVA recibió 88 millones de dólares en el año fiscal (FY) 1970 y 85 millones de dólares en el año fiscal 1971, fondos provenientes conjuntamente de la NASA y la AEC. [113]
En diciembre de 1970, la Oficina de Gestión y Presupuesto recomendó la cancelación de NERVA y Skylab, pero Nixon se mostró reacio a hacerlo, ya que su cancelación podría costar hasta 20.000 puestos de trabajo, la mayoría en California , [114] un estado que Nixon sentía que necesitaba. para llevar en las elecciones de 1972 . [115] Decidió mantenerlo vivo con un nivel de financiación bajo y, en su lugar, cancelar el Apolo 17 . La preocupación sobre el Apolo 17 eran las consecuencias políticas si fallaba más que el costo, y esto finalmente se resolvió posponiéndolo hasta diciembre de 1972, después de las elecciones. [116] Cuando Nixon intentó matar a NERVA en 1971, el senador Anderson y la senadora Margaret Chase Smith mataron el proyecto favorito de Nixon, el transporte supersónico (SST) Boeing 2707 . Esta fue una derrota sorprendente para el presidente. [117] En el presupuesto para el año fiscal 1972, se recortó la financiación para el transbordador, pero NERVA y Apolo 17 sobrevivieron. [118] Aunque la solicitud de presupuesto de NERVA fue sólo de $17,4 millones, el Congreso asignó $69 millones; Nixon sólo gastó 29 millones de dólares. [113] [un]
El Congreso apoyó a NERVA nuevamente en 1972. Una coalición bipartidista encabezada por Smith y Cannon asignó 100 millones de dólares para el pequeño motor NERVA que cabría dentro de la bahía de carga del transbordador y que se estimó que costaría alrededor de 250 millones de dólares en una década. Agregaron una estipulación de que no habría más reprogramación de fondos de NERVA para pagar otras actividades de la NASA. La administración Nixon decidió cancelar NERVA de todos modos. El 5 de enero de 1973, la NASA anunció que NERVA había sido cancelado. El personal de LASL y SNPO quedó atónito; el proyecto de construir un pequeño NERVA iba bien. Los despidos comenzaron inmediatamente y el SNPO fue abolido en junio. [119] Después de 17 años de investigación y desarrollo, los Proyectos Nova y NERVA habían gastado alrededor de $ 1.4 mil millones, pero NERVA nunca había volado. [120]
En 1983, la Iniciativa de Defensa Estratégica ("Star Wars") identificó misiones que podrían beneficiarse de cohetes que son más potentes que los químicos, y algunas que sólo podrían llevarse a cabo con cohetes más potentes. [121] En febrero de 1983 se creó un proyecto de propulsión nuclear, el SP-100, con el objetivo de desarrollar un sistema de cohetes nucleares de 100 KW. El concepto incorporaba un reactor de lecho de partículas/guijarros , un concepto desarrollado por James R. Powell en el Laboratorio Nacional de Brookhaven , que prometía un impulso específico de hasta 1.000 segundos (9,8 km/s) y una relación empuje-peso de entre 25 y 35 para niveles de empuje superiores a 89.000 newtons (20.000 lbf). [122]
De 1987 a 1991, esto se financió como un proyecto secreto con el nombre en código Proyecto Timber Wind , que gastó 139 millones de dólares. [123] El proyecto de cohete propuesto fue transferido al programa de Propulsión Térmica Nuclear Espacial (SNTP) en el Laboratorio Phillips de la Fuerza Aérea en octubre de 1991. [124] La NASA realizó estudios como parte de su Iniciativa de Exploración Espacial (SEI) de 1992, pero consideró que SNTP no ofreció una mejora suficiente con respecto a NERVA y no fue requerido por ninguna misión SEI. El programa SNTP finalizó en enero de 1994, [122] [125] después de que se gastaran 200 millones de dólares. [126]
En 2013, en el MSFC se estudió un motor para viajes interplanetarios desde la órbita terrestre a la órbita de Marte y viceversa, centrándose en los motores de cohetes térmicos nucleares (NTR). [127] Dado que los NTR son al menos dos veces más eficientes que los motores químicos más avanzados, permiten tiempos de transferencia más rápidos y una mayor capacidad de carga. La duración más corta del vuelo, estimada en 3 a 4 meses con motores NTR, [128] en comparación con 8 a 9 meses con motores químicos, [129] reduciría la exposición de la tripulación a rayos cósmicos potencialmente dañinos y difíciles de proteger . [130] Los motores NTR fueron seleccionados en Mars Design Reference Architecture (DRA). [131]
El Congreso aprobó 125 millones de dólares en financiación para el desarrollo de cohetes de propulsión térmica nuclear el 22 de mayo de 2019. [132] [133] El 19 de octubre de 2020, la empresa Ultra Safe Nuclear Technologies, con sede en Seattle , entregó un concepto de diseño NTR a la NASA que emplea alta capacidad de ensayo. Partículas de combustible encapsuladas en uranio poco enriquecido (HALEU) ZrC como parte de un estudio NTR patrocinado por la NASA y gestionado por Analytical Mechanics Associates (AMA). [134] [135] En enero de 2023, la NASA y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) anunciaron que colaborarían en el desarrollo de un motor de cohete térmico nuclear que se probaría en el espacio para desarrollar la capacidad de propulsión nuclear para su uso en tripulados. Misiones de la NASA a Marte. [136] En 2023, DARPA anunció que BWXT suministraría el reactor y el combustible del cohete de demostración para operaciones ágiles cislunares (DRACO) . [137]
