El Proyecto Rover fue un proyecto de los Estados Unidos para desarrollar un cohete nuclear-térmico que funcionó entre 1955 y 1973 en el Laboratorio Científico de Los Álamos (LASL). Comenzó como un proyecto de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos para desarrollar una etapa superior de propulsión nuclear para un misil balístico intercontinental (ICBM). El proyecto fue transferido a la NASA en 1958 después de que la crisis del Sputnik desencadenara la carrera espacial . Fue administrado por la Oficina de Propulsión Nuclear Espacial (SNPO), una agencia conjunta de la Comisión de Energía Atómica (AEC) y la NASA . El Proyecto Rover se convirtió en parte del proyecto de la NASA de Motor Nuclear para Aplicación en Vehículos Cohetes ( NERVA ) y, en adelante, se ocupó de la investigación en el diseño de reactores de cohetes nucleares, mientras que NERVA implicó el desarrollo y despliegue general de motores de cohetes nucleares y la planificación de misiones espaciales.
Los reactores nucleares para el Proyecto Rover se construyeron en el Área Técnica 18 (TA-18) de LASL, también conocida como el Sitio de Pajarito Canyon. Allí se probaron a muy baja potencia y luego se enviaron al Área 25 (conocida como Jackass Flats) en el Sitio de Pruebas de Nevada de la AEC . Las pruebas de los elementos combustibles y otras ciencias de los materiales fueron realizadas por la División N de LASL en TA-46 utilizando varios hornos y más tarde un reactor de prueba personalizado, el Horno Nuclear. El Proyecto Rover resultó en el desarrollo de tres tipos de reactores: Kiwi (1955 a 1964), Phoebus (1964 a 1969) y Pewee (1969 a 1972). Kiwi y Phoebus eran reactores grandes, mientras que Pewee era mucho más pequeño, de acuerdo con el menor presupuesto disponible después de 1968.
Los reactores se alimentaban con uranio altamente enriquecido , con hidrógeno líquido utilizado como propulsor de cohetes y refrigerante del reactor. Se utilizaban grafito nuclear y berilio como moderadores y reflectores de neutrones . Los motores se controlaban mediante tambores con grafito o berilio en un lado y boro (un veneno nuclear ) en el otro, y el nivel de energía se ajustaba girando los tambores. Debido a que el hidrógeno también actúa como moderador, aumentar el flujo de propulsor también aumentaba la potencia del reactor sin necesidad de ajustar los tambores. Las pruebas del Proyecto Rover demostraron que los motores de cohetes nucleares podían apagarse y reiniciarse muchas veces sin dificultad, y podían agruparse si se deseaba más empuje. Su impulso específico (eficiencia) era aproximadamente el doble que el de los cohetes químicos.
El cohete nuclear gozó de un fuerte apoyo político por parte del influyente presidente del Comité Conjunto de Energía Atómica del Congreso de los Estados Unidos , el senador Clinton P. Anderson de Nuevo México (donde se encontraba LASL), y sus aliados, los senadores Howard Cannon de Nevada y Margaret Chase Smith de Maine . Esto le permitió sobrevivir a múltiples intentos de cancelación que se volvieron cada vez más serios en el recorte de costos que prevaleció a medida que se intensificaba la guerra de Vietnam y después de que la carrera espacial terminara con el aterrizaje del Apolo 11 en la Luna. Los proyectos Rover y NERVA fueron cancelados a pesar de su objeción en enero de 1973, y ninguno de los reactores voló nunca.
Durante la Segunda Guerra Mundial , algunos científicos del Laboratorio de Los Álamos del Proyecto Manhattan , entre ellos Stan Ulam , Frederick Reines y Frederic de Hoffmann , especularon sobre el desarrollo de cohetes de propulsión nuclear, [2] y en 1947, Ulam y Cornelius Joseph "CJ" Everett escribieron un artículo en el que consideraron el uso de bombas atómicas como medio de propulsión de cohetes. Esto se convirtió en la base del Proyecto Orión . [3] En diciembre de 1945, Theodore von Karman y Hsue-Shen Tsien escribieron un informe para las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos . Si bien estuvieron de acuerdo en que aún no era práctico, Tsien especuló que los cohetes de propulsión nuclear algún día podrían ser lo suficientemente potentes como para lanzar satélites en órbita. [4]
En 1947, el Laboratorio de Aerofísica de la Aviación de América del Norte publicó un extenso artículo que examinaba muchos de los problemas que implicaba el uso de reactores nucleares para propulsar aviones y cohetes. El estudio estaba dirigido específicamente a una aeronave con un alcance de 16.000 kilómetros (10.000 mi) y una carga útil de 3.600 kilogramos (8.000 lb), y cubría turbobombas , estructura, tanques, aerodinámica y diseño de reactores nucleares . Concluyeron que el hidrógeno era el mejor propulsor y que el grafito sería el mejor moderador de neutrones , pero asumieron una temperatura de funcionamiento de 3.150 °C (5.700 °F), que estaba más allá de las capacidades de los materiales disponibles. La conclusión fue que los cohetes de propulsión nuclear aún no eran prácticos. [4]
La revelación pública de la energía atómica al final de la guerra generó una gran cantidad de especulaciones, y en el Reino Unido, Val Cleaver , el ingeniero jefe de la división de cohetes de De Havilland , y Leslie Shepard, un físico nuclear de la Universidad de Cambridge , consideraron de forma independiente el problema de la propulsión nuclear con cohetes. Se convirtieron en colaboradores y, en una serie de artículos publicados en el Journal of the British Interplanetary Society en 1948 y 1949, describieron el diseño de un cohete de propulsión nuclear con un intercambiador de calor de grafito de núcleo sólido . Concluyeron a regañadientes que los cohetes nucleares eran esenciales para la exploración del espacio profundo, pero aún no eran técnicamente factibles. [5] [6]
En 1953, Robert W. Bussard , un físico que trabajaba en el proyecto Energía nuclear para la propulsión de aeronaves (NEPA) en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge , escribió un estudio detallado. Había leído el trabajo de Cleaver y Shepard, [7] el de Tsien, [8] y un informe de febrero de 1952 de ingenieros de Consolidated Vultee . [9] Utilizó datos y análisis de cohetes químicos existentes, junto con especificaciones para componentes existentes. Sus cálculos se basaron en el estado del arte de los reactores nucleares. [10] Lo más importante es que el documento examinó varios rangos y tamaños de carga útil; las conclusiones pesimistas de Consolidated habían sido en parte el resultado de considerar solo un rango estrecho de posibilidades. [9]
El resultado, Energía nuclear para la propulsión de cohetes , afirmó que el uso de la propulsión nuclear en cohetes no está limitado por consideraciones de energía de combustión y, por lo tanto, se pueden utilizar propelentes de bajo peso molecular como el hidrógeno puro . Mientras que un motor convencional podría producir una velocidad de escape de 2500 metros por segundo (8300 pies/s), un motor nuclear alimentado con hidrógeno podría alcanzar una velocidad de escape de 6900 metros por segundo (22 700 pies/s) en las mismas condiciones. Propuso un reactor moderado por grafito debido a la capacidad del grafito para soportar altas temperaturas y concluyó que los elementos combustibles requerirían un revestimiento protector para resistir la corrosión por el propulsor de hidrógeno. [10]
El estudio de Bussard tuvo poco impacto al principio, principalmente porque sólo se imprimieron 29 copias, y fue clasificado como Datos Restringidos y por lo tanto sólo podía ser leído por alguien con la autorización de seguridad requerida. [11] En diciembre de 1953, fue publicado en el Journal of Reactor Science and Technology de Oak Ridge . Aunque todavía estaba clasificado, esto le dio una circulación más amplia. [7] Darol Froman , el subdirector del Laboratorio Científico de Los Álamos (LASL), y Herbert York , el director del Laboratorio de Radiación de la Universidad de California en Livermore , estaban interesados y establecieron comités para investigar la propulsión nuclear de cohetes. Froman llevó a Bussard a Los Álamos para ayudar durante una semana al mes. [12]
El estudio de Robert Bussard también atrajo la atención de John von Neumann , quien formó un comité ad hoc sobre propulsión nuclear de misiles. Mark Mills , director asistente en Livermore, fue su presidente, y sus otros miembros fueron 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) ; y Allen F. Donovan de Ramo-Wooldridge . [12]
Después de escuchar las opiniones sobre varios diseños, el comité Mills recomendó que se continuara con el desarrollo, con el objetivo de producir una etapa superior nuclear para un misil balístico intercontinental (ICBM). York creó una nueva división en Livermore, y Bradbury creó una nueva llamada División N en Los Álamos bajo el liderazgo de Raemer Schreiber , para continuar con el proyecto. [13] En marzo de 1956, el Proyecto de Armas Especiales de las Fuerzas Armadas (AFSWP) recomendó asignar 100 millones de dólares (1121 millones de dólares en 2023) al proyecto de motor de cohete nuclear durante tres años para que los dos laboratorios realizaran estudios de viabilidad y la construcción de instalaciones de prueba. [14]
Eger V. Murphree y Herbert Loper , de la Comisión de Energía Atómica (AEC), eran más cautelosos. El programa de misiles Atlas iba bien y, si tenía éxito, tendría suficiente alcance para alcanzar objetivos en la mayor parte de la Unión Soviética . Al mismo tiempo, las ojivas nucleares se estaban volviendo más pequeñas, ligeras y potentes. El argumento a favor de una nueva tecnología que prometiera cargas útiles más pesadas a mayores distancias parecía débil. Sin embargo, el cohete nuclear había conseguido un poderoso patrocinador político en el senador Clinton P. Anderson de Nuevo México (donde estaba ubicada LASL), vicepresidente del Comité Conjunto de Energía Atómica del Congreso de los Estados Unidos (JCAE), que era cercano a von Neumann, Bradbury y Ulam. Se las arregló para asegurar la financiación. [14]
Todo el trabajo sobre el cohete nuclear se concentró en Los Álamos, donde se le dio el nombre en código de Proyecto Rover; a Livermore se le asignó la responsabilidad del desarrollo del estatorreactor nuclear , que recibió el nombre en código de Proyecto Plutón . [15] El Proyecto Rover fue dirigido por un oficial en servicio activo de la USAF en comisión de servicio en la AEC, el teniente coronel Harold R. Schmidt. Él era responsable ante otro oficial en comisión de servicio de la USAF, el coronel Jack L. Armstrong, quien también estaba a cargo de los proyectos Plutón y Sistemas para la Energía Nuclear Auxiliar (SNAP). [16]
En principio, el diseño de un motor nuclear térmico para cohetes es bastante simple: una turbobomba haría pasar hidrógeno a través de un reactor nuclear, donde sería calentado por el reactor a temperaturas muy altas y luego expulsado a través de una tobera del cohete para producir empuje. [17] Los factores que complicaban el proceso se hicieron evidentes de inmediato. El primero era que había que encontrar un medio para controlar la temperatura del reactor y la potencia de salida. El segundo era que había que idear un medio para contener el propulsor. La única forma práctica de almacenar hidrógeno era en forma líquida, y esto requería una temperatura inferior a 20 K (−253,2 °C). El tercero era que el hidrógeno se calentaría a una temperatura de alrededor de 2500 K (2230 °C), y se necesitarían materiales que pudieran soportar tales temperaturas y resistir la corrosión por hidrógeno. [17]
El hidrógeno líquido era teóricamente el mejor propulsor posible, pero a principios de la década de 1950 era caro y estaba disponible solo en pequeñas cantidades. [18] En 1952, la AEC y la Oficina Nacional de Normas habían abierto una planta cerca de Boulder, Colorado , para producir hidrógeno líquido para el programa de armas termonucleares . [19] Antes de decidirse por el hidrógeno líquido, LASL consideró otros propulsores como el metano ( CH
4) y amoniaco ( NH
3). El amoniaco, utilizado en las pruebas realizadas entre 1955 y 1957, era barato, fácil de obtener, líquido a 239 K (−34 °C) y fácil de bombear y manipular. Sin embargo, era mucho más pesado que el hidrógeno líquido, lo que reducía el impulso del motor ; también se descubrió que era aún más corrosivo y tenía propiedades neutrónicas indeseables. [20]
Como combustible se consideraron el plutonio-239 , el uranio-235 y el uranio-233 . El plutonio fue rechazado porque, si bien forma compuestos fácilmente, no podía alcanzar temperaturas tan altas como las del uranio. El uranio-233 fue considerado seriamente, ya que comparado con el uranio-235 es ligeramente más ligero, tiene un mayor número de neutrones por evento de fisión y una alta probabilidad de fisión. Por lo tanto, tenía la perspectiva de ahorrar algo de peso en combustible, pero sus propiedades radiactivas lo hacen más difícil de manejar y, en cualquier caso, no estaba fácilmente disponible. [21] [22] Por lo tanto, se eligió el uranio altamente enriquecido . [23]
En cuanto a los materiales estructurales del reactor, la elección se redujo a grafito o metales. [21] De los metales, el tungsteno surgió como el favorito, pero era caro, difícil de fabricar y tenía propiedades neutrónicas indeseables. Para evitar sus propiedades neutrónicas, se propuso utilizar tungsteno-184 , que no absorbe neutrones. [24] Se eligió el grafito porque es barato, se vuelve más fuerte a temperaturas de hasta 3300 K (3030 °C) y sublima en lugar de fundirse a 3900 K (3630 °C). [25]
Para controlar el reactor, el núcleo estaba rodeado de tambores de control recubiertos de grafito o berilio (un moderador de neutrones) en un lado y boro (un veneno de neutrones ) en el otro. La potencia de salida del reactor podía controlarse girando los tambores. [26] Para aumentar el empuje, es suficiente 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 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. A medida que el hidrógeno se calienta, se expande, por lo que hay menos en el núcleo para eliminar el calor 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. [27]
LASL produjo una serie de conceptos de diseño, cada uno con su propio nombre en clave: Uncle Tom, Uncle Tung, Bloodhound y Shish. [28] En 1955, se había decidido por un diseño de 1.500 megavatios (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. [21]
En 1957, el proyecto de misiles Atlas avanzaba bien y, con la disponibilidad de ojivas más pequeñas y ligeras, la necesidad de una etapa superior nuclear prácticamente había desaparecido. [29] [30] El 2 de octubre de 1957, la AEC propuso recortar el presupuesto del Proyecto Rover, pero la propuesta pronto fue superada por los acontecimientos. [31]
Dos días después, la Unión Soviética lanzó el Sputnik 1 , el primer satélite artificial. Esto desató temores e imaginación en todo el mundo y demostró que la Unión Soviética tenía la capacidad de lanzar armas nucleares a distancias intercontinentales, y socavó las nociones estadounidenses de superioridad militar, económica y tecnológica. [32] Esto precipitó la crisis del Sputnik y desencadenó la carrera espacial , una nueva área de competencia en la Guerra Fría . [33] Anderson quería dar la responsabilidad del programa espacial estadounidense a la AEC, [34] pero el presidente estadounidense Dwight D. Eisenhower respondió creando la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), que absorbió a la NACA. [35]
Donald A. Quarles , el subsecretario de Defensa , se reunió con T. Keith Glennan , el nuevo administrador de la NASA, y Hugh Dryden , su adjunto, el 20 de agosto de 1958, [36] el día después de que asumieran el cargo en la Casa Blanca , [37] y Rover fue el primer tema de la agenda. Quarles estaba ansioso por transferir Rover a la NASA, ya que el proyecto ya no tenía un propósito militar. [16] Silverstein, a quien Glennan había traído a Washington, DC, para organizar el programa de vuelos espaciales de la NASA, [38] había tenido durante mucho tiempo un interés en la tecnología de cohetes nucleares. Fue el primer funcionario de alto rango de la NACA en mostrar interés en la investigación de cohetes, [39] había iniciado una investigación sobre el uso de hidrógeno como propulsor de cohetes, [40] estuvo involucrado en el proyecto de Propulsión Nuclear de Aeronaves (ANP), construyó el Reactor Plum Brook de la NASA y había creado un grupo de propulsión de cohetes nucleares en Lewis bajo la dirección de Harold Finger . [41]
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, [42] el día en que la NASA se volvió oficialmente operativa y asumió la responsabilidad del programa espacial civil estadounidense. [43] El Proyecto Rover se convirtió en un proyecto conjunto NASA-AEC. [42] Silverstein nombró a Finger de Lewis para supervisar el desarrollo del cohete nuclear. El 29 de agosto de 1960, la NASA creó la Oficina de Propulsión Nuclear Espacial (SNPO) para supervisar el proyecto del cohete nuclear. [44] Finger fue designado como su gerente, con Milton Klein de AEC como su adjunto. [45]
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". A esto le siguió un "Acuerdo entre agencias sobre el programa para el desarrollo de la propulsión nuclear de cohetes espaciales (Proyecto Rover)", que firmaron el 28 de julio de 1961. [46] La SNPO también asumió la responsabilidad del SNAP, y Armstrong se convirtió en asistente del director de la División de Desarrollo de Reactores de la AEC, y el teniente coronel GM Anderson, ex oficial del proyecto SNAP en la disuelta Oficina de Propulsión Nuclear de Aeronaves (ANPO), se convirtió en jefe de la División SNAP de la nueva división. [45]
El 25 de mayo de 1961, el presidente John F. Kennedy 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 regresar sano y salvo a la Tierra". Luego continuó diciendo: "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 proporcionar algún día un medio para una exploración del espacio aún más emocionante y ambiciosa, tal vez más allá de la Luna, tal vez hasta el mismísimo confín del Sistema Solar". [47]
Los reactores nucleares para el Proyecto Rover se construyeron en el Área Técnica 18 (TA-18) de LASL, también conocida como el Sitio Pajarito. El combustible y los componentes internos del motor se fabricaron en el complejo Sigma en Los Álamos. Las pruebas de los elementos de combustible y otras ciencias de los materiales fueron realizadas por la División N de LASL en TA-46 utilizando varios hornos y más tarde un reactor de prueba personalizado, el Horno Nuclear. El personal de las divisiones de Pruebas (J) y Metalurgia Química (CMB) de LASL también participó en el Proyecto Rover. [48] Se construyeron dos reactores para cada motor; uno para experimentos críticos de potencia cero en Los Álamos y otro utilizado para pruebas a máxima potencia. [30] Los reactores fueron probados a muy baja potencia antes de ser enviados al sitio de prueba. [48]
En 1956, la AEC asignó 127.200 hectáreas (314.000 acres) de un área conocida como Jackass Flats en el Área 25 del Sitio de Pruebas de Nevada para su uso por el Proyecto Rover. [49] El trabajo en las instalaciones de prueba comenzó allí a mediados de 1957. Todos los materiales y suministros tuvieron que ser traídos desde Las Vegas . La Celda de Prueba A consistía en una granja de botellas de gas hidrógeno y una pared de hormigón de 0,91 metros (3 pies) de espesor para proteger la instrumentación electrónica de la radiación del reactor. La sala de control estaba ubicada a 3,2 kilómetros (2 millas) de distancia. El revestimiento de plástico de los cables de control fue masticado por roedores excavadores y tuvo que ser reemplazado. El reactor fue probado con su columna de escape en el aire para que cualquier producto de fisión radiactiva recogido del núcleo pudiera dispersarse de manera segura. [21]
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 observación de vidrio con plomo y brazos de manipulación a distancia. Era excepcional sólo por su tamaño: 76 metros (250 pies) de largo, 43 metros (140 pies) y 19 metros (63 pies) de alto. Esto permitía que el motor se pudiera mover dentro y fuera de un vagón de ferrocarril. [21] Se decía que el "Jackass and Western Railroad", como se lo describía de manera jocosa, era el ferrocarril más corto y lento del mundo. [50] Había dos locomotoras: la L-1 eléctrica, que se controlaba a distancia, y la L-2 diésel-eléctrica, que se controlaba manualmente, con protección contra la radiación alrededor de la cabina . [21]
Se suponía que la celda de pruebas C se completaría en 1960, pero la NASA y la AEC no solicitaron fondos para la construcción adicional ese año; Anderson los proporcionó de todos modos. Luego hubo retrasos en la construcción, lo que lo obligó a intervenir personalmente. [51] En agosto de 1961, la Unión Soviética puso fin a la moratoria de pruebas nucleares que había estado en vigor desde noviembre de 1958, por lo que Kennedy reanudó las pruebas estadounidenses en septiembre. [52] Con un segundo programa intensivo en el sitio de pruebas de Nevada, la mano de obra escaseó y hubo una huelga. [53]
Cuando esto terminó, los trabajadores tuvieron que enfrentarse a las dificultades de lidiar con el hidrógeno, que podía filtrarse a través de agujeros microscópicos demasiado pequeños para permitir el paso de 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 previó la construcción de un motor de cohete nuclear de 20.000 MW, por lo que el supervisor de construcción, Keith Boyer, hizo que la Chicago Bridge & Iron Company construyera dos gigantescos recipientes de almacenamiento criogénico de 1.900.000 litros (500.000 galones estadounidenses) . Se agregó un edificio de mantenimiento y desmontaje de motores (E-MAD). Era más grande que un campo de fútbol, con gruesos muros de hormigón y bahías de protección donde se podían montar y desmontar los motores. También había un banco de pruebas de motores (ETS-1); se planearon dos más. [53]
También había una instalación de almacenamiento de material radiactivo (RMSF). Se trataba de un sitio de 8,5 hectáreas (21 acres) aproximadamente equidistante del E-MAD, la celda de prueba "C" y el ETS-1. Estaba rodeado por una cerca de alambre ciclónico con iluminación perimetral de cuarzo. El ferrocarril de vía única que conectaba las instalaciones llevaba un ramal a través de una única puerta principal hasta el área de almacenamiento, que luego se dividía en siete ramales. Dos ramales conducían a búnkeres de 55,3 metros cuadrados (595 pies cuadrados). La instalación se utilizaba para almacenar una amplia variedad de artículos contaminados radiactivamente. [54]
En febrero de 1962, la NASA anunció el establecimiento de la Estación de Desarrollo de Cohetes Nucleares (NRDS, por sus siglas en inglés) en Jackass Flats, y en junio se estableció una sucursal de la SNPO en Las Vegas (SNPO-N) para administrarla. [46] Los trabajadores de la construcción se alojaron en Mercury, Nevada . Más tarde, se llevaron treinta remolques a Jackass Flats para crear un pueblo llamado "Boyerville" en honor al supervisor, Keith Boyer. [21]
La primera fase del Proyecto Rover, Kiwi, recibió el nombre del ave no voladora del mismo nombre de Nueva Zelanda, [21] ya que los motores de cohete Kiwi tampoco estaban destinados a volar. Su función era verificar el diseño y probar el comportamiento de los materiales utilizados. [25] El programa Kiwi desarrolló una serie de motores nucleares de prueba no voladores, con el objetivo principal de mejorar la tecnología de los reactores refrigerados por hidrógeno. Entre 1959 y 1964, se construyeron y probaron un total de ocho reactores. Se considera que Kiwi sirvió como prueba de concepto para los motores de cohetes nucleares. [55]
La primera prueba del Kiwi A, el primer modelo del motor cohete Kiwi, se llevó a cabo en Jackass Flats el 1 de julio de 1959. El Kiwi A tenía un núcleo cilíndrico de 132,7 centímetros (50 pulgadas) de alto y 83,8 centímetros (30 pulgadas) de diámetro. Una isla central contenía agua pesada que actuaba como refrigerante y moderador para reducir la cantidad de óxido de uranio requerida. Las barras de control estaban ubicadas dentro de la isla, que estaba rodeada por 960 placas de combustible de grafito cargadas con partículas de combustible de óxido de uranio de 4 micrómetros (0,00016 pulgadas) y una capa de 240 placas de grafito. [56] El núcleo estaba rodeado por 43,2 centímetros (20 pulgadas) de moderador de lana de grafito y encerrado en una carcasa de aluminio. Se utilizó hidrógeno gaseoso como propulsor, a un caudal de 3,2 kilogramos por segundo (7,1 lb/s). El motor, que estaba destinado a producir 100 MW, funcionó a 70 MW durante 5 minutos. La temperatura del núcleo fue mucho más alta de lo esperado, hasta 2.900 K (2.630 °C), debido al agrietamiento de las placas de grafito, lo que fue suficiente para provocar la fusión de parte del combustible. [56]
Se realizaron una serie de mejoras para la siguiente prueba del 8 de julio de 1960 para crear un motor conocido como Kiwi A Prime. Los elementos de combustible se extruyeron en cilindros y se recubrieron con carburo de niobio ( NbC ) para resistir la corrosión. Seis se apilaron de extremo a extremo y luego se colocaron en los siete orificios de los módulos de grafito para crear módulos de combustible de 137 centímetros (54 pulgadas) de largo. Esta vez, el reactor alcanzó 88 MW durante 307 segundos, con una temperatura media de los gases de salida del núcleo de 2178 K. La prueba se vio empañada por tres fallos en los módulos del núcleo, pero la mayoría sufrió poco o ningún daño. [57] La prueba fue observada por Anderson y los delegados de la Convención Nacional Demócrata de 1960. En la convención, Anderson añadió el apoyo a los cohetes nucleares a la plataforma del Partido Demócrata . [58]
El tercer y último ensayo de la serie Kiwi A se llevó a cabo el 19 de octubre de 1960. El motor Kiwi A3 utilizaba elementos de combustible cilíndricos de 27 pulgadas (69 cm) de largo en camisas de carburo de niobio. El plan de pruebas exigía que el motor funcionara a 50 MW (mitad de potencia) durante 106 segundos y, a continuación, a 92 MW durante 250 segundos. El nivel de potencia de 50 MW se logró con un flujo de propulsante de 2,36 kilogramos por segundo (5,2 lb/s), pero la temperatura de los gases de salida era de 1.861 K, que era más de 300 K más alta de lo esperado. Después de 159 segundos, la potencia se aumentó a 90 MW. Para estabilizar la temperatura de los gases de salida a 2.173 K, el caudal de combustible se aumentó a 3,81 kilogramos por segundo (8,4 lb/s). Más tarde se descubrió que el sistema de medición de potencia neutrónica estaba calibrado incorrectamente y que el motor funcionó a una media de 112,5 MW durante 259 segundos, muy por encima de su capacidad de diseño. A pesar de ello, el núcleo sufrió menos daños que en la prueba del Kiwi A Prime. [59]
El Kiwi A fue considerado un éxito como prueba de concepto para los motores de cohetes nucleares. Demostró que el hidrógeno podía calentarse en un reactor nuclear a las temperaturas requeridas para la propulsión espacial, y que el reactor podía controlarse. [60] Finger siguió adelante y pidió ofertas a la industria para el desarrollo del motor nuclear para aplicaciones en vehículos cohete ( NERVA ) de la NASA basado en el diseño del motor Kiwi. [61] A partir de entonces, Rover pasó a formar parte de NERVA; mientras que Rover se ocupaba de la investigación sobre el diseño de reactores de cohetes nucleares, NERVA implicaba el desarrollo y despliegue de motores de cohetes nucleares, y la planificación de misiones espaciales. [62]
El objetivo original de LASL había sido un motor de cohete nuclear de 10.000 MW capaz de lanzar 11.000 kilogramos (25.000 libras) a una órbita de 480 kilómetros (300 millas). Este motor recibió el nombre en código de Condor, en honor a las grandes aves voladoras , en contraste con el pequeño Kiwi no volador. Sin embargo, en octubre de 1958, la NASA había estudiado la posibilidad de colocar una etapa superior nuclear en un misil Titan I , y concluyó que en esta configuración una etapa superior con reactor de 1.000 MW podría poner 6.400 kilogramos (14.000 libras) en órbita. Esta configuración se utilizó en los estudios de Nova , y se convirtió en el objetivo del Proyecto Rover. LASL planeó realizar dos pruebas con Kiwi B, un diseño intermedio de 1.000 MW, en 1961 y 1962, seguidas de dos pruebas de Kiwi C, un motor prototipo, en 1963, y realizar una prueba en vuelo del reactor (RIFT) de un motor de producción en 1964. [26]
Para el Kiwi B, LASL realizó varios cambios de diseño para obtener el mayor rendimiento requerido. Se eliminó el núcleo central, se aumentó de cuatro a siete el número de orificios de refrigeración en cada elemento de combustible hexagonal y se reemplazó el reflector de grafito por uno de berilio de 20 centímetros (8 pulgadas) de espesor. [59] Aunque el berilio era más caro, más difícil de fabricar y altamente tóxico, también era mucho más ligero, lo que resultó en un ahorro de 1100 kilogramos (2500 libras). Debido al retraso en la preparación de la celda de prueba C, algunas características previstas para el Kiwi C también se incorporaron en el Kiwi B2. Estas incluían una boquilla refrigerada por hidrógeno líquido en lugar de agua, una nueva turbobomba Rocketdyne y un arranque por arranque, [26] en el que el reactor se puso en marcha solo con su propia energía. [63]
La prueba del Kiwi B1A, la última prueba en la que se utilizó hidrógeno gaseoso en lugar de líquido, estaba prevista inicialmente para el 7 de noviembre de 1961. En la mañana de la prueba, una válvula con fugas provocó una violenta explosión de hidrógeno que hizo estallar las paredes del cobertizo y lesionó a varios trabajadores; muchos sufrieron roturas de tímpanos y uno se fracturó el hueso del talón. El reactor no sufrió daños, pero sí daños importantes en el vagón de pruebas y en la instrumentación, por lo que la prueba se pospuso un mes. Un segundo intento el 6 de diciembre se abortó cuando se descubrió que muchos de los termopares de diagnóstico se habían instalado al revés. Finalmente, el 7 de diciembre se puso en marcha la prueba. Se pretendía hacer funcionar el motor a 270 MW durante 300 segundos, pero la prueba se suspendió después de sólo 36 segundos a 225 MW porque empezaron a aparecer incendios de hidrógeno. Todos los termopares funcionaron correctamente, por lo que se obtuvo una gran cantidad de datos útiles. El flujo másico promedio de hidrógeno durante la parte de máxima potencia del experimento fue de 9,1 kilogramos por segundo (20 lb/s). [64] [65]
El LASL se propuso probar el Kiwi B2, pero se encontraron defectos estructurales que requirieron un rediseño. La atención se centró entonces en el B4, un diseño más radical, pero cuando intentaron poner los grupos de combustible en el núcleo, se descubrió que los grupos tenían demasiados neutrones y se temió que el reactor pudiera ponerse en marcha inesperadamente. El problema se atribuyó a la absorción de agua del aire normalmente seco de Nuevo México durante el almacenamiento. Se corrigió añadiendo más veneno neutrónico. Después de esto, los elementos combustibles se almacenaron en una atmósfera inerte. La División N decidió entonces probar con el motor B1 de reserva, el B1B, a pesar de las graves dudas al respecto basadas en los resultados de la prueba del B1A, para obtener más datos sobre el rendimiento y el comportamiento del hidrógeno líquido. [66] [67] En el arranque el 1 de septiembre de 1962, el núcleo se sacudió, pero alcanzó los 880 MW. Los destellos de luz alrededor de la boquilla indicaron que se estaban expulsando pastillas de combustible; más tarde se determinó que se habían expulsado once. En lugar de apagar el motor, los probadores hicieron girar los tambores para compensar y pudieron seguir funcionando a máxima potencia durante unos minutos antes de que explotara un sensor y provocara un incendio, por lo que el motor se apagó. Se cumplieron la mayoría de los objetivos de la prueba, aunque no todos. [67] [68]
La siguiente prueba de la serie fue la del Kiwi B4A, el 30 de noviembre de 1962. Se observó un destello de llama cuando el reactor alcanzó los 120 MW. La potencia se incrementó a 210 MW y se mantuvo así durante 37 segundos. Luego se aumentó la potencia a 450 MW, pero los destellos se hicieron frecuentes y el motor se apagó después de 13 segundos. Después de la prueba se descubrió que el 97% de los elementos de combustible estaban rotos. [69] Se apreciaron las dificultades de usar hidrógeno líquido y se diagnosticó que la causa de la vibración y las fallas era una fuga de hidrógeno en el espacio entre el núcleo y el recipiente de presión. [70] A diferencia de un motor químico que probablemente habría explotado después de sufrir daños, el motor se mantuvo estable y controlable en todo momento. Las pruebas demostraron que un motor de cohete nuclear sería resistente y confiable en el espacio. [67]
Kennedy visitó Los Álamos el 7 de diciembre de 1962 para una reunión informativa sobre el Proyecto Rover. [71] Era la primera vez que un presidente estadounidense visitaba un laboratorio de armas nucleares. Traía consigo una gran comitiva que incluía a Lyndon Johnson , McGeorge Bundy , Jerome Wiesner , Harold Brown , Donald Hornig , Glenn Seaborg , Robert Seamans, Harold Finger y Clinton Anderson. Al día siguiente, volaron a Jackass Flats, convirtiendo a Kennedy en el único presidente en visitar un sitio de pruebas nucleares. El Proyecto Rover había recibido 187 millones de dólares en 1962, y la AEC y la NASA estaban pidiendo otros 360 millones de dólares en 1963. Kennedy llamó la atención sobre las dificultades presupuestarias de su administración, y sus funcionarios y asesores debatieron el futuro del Proyecto Rover y el programa espacial en general. [72]
Finger reunió a un equipo de especialistas en vibraciones de otros centros de la NASA y, junto con el personal de LASL, Aerojet y Westinghouse, realizó una serie de pruebas de reactor de "flujo frío" utilizando elementos de combustible sin material fisionable. Se bombeó nitrógeno, helio e hidrógeno a través del motor para inducir vibraciones. Se determinó que eran causadas por la inestabilidad en la forma en que el líquido fluía a través de los espacios libres entre los elementos de combustible adyacentes. Se realizó una serie de cambios menores de diseño para abordar el problema de la vibración. [73] [74] En la prueba Kiwi B4D del 13 de mayo de 1964, el reactor se puso en marcha automáticamente y funcionó brevemente a plena potencia (990 MW) sin problemas de vibración. La prueba tuvo que terminarse después de 64 segundos cuando los tubos de la boquilla se rompieron y provocaron una fuga de hidrógeno alrededor de la boquilla que inició un incendio. El enfriamiento se realizó con hidrógeno y 3266 kilogramos (7200 lb) de gas nitrógeno. En la inspección posterior a la prueba, no se encontraron elementos de combustible dañados. [75]
La prueba final fue la del Kiwi B4E, realizada el 28 de agosto, en la que el reactor funcionó durante doce minutos, ocho de los cuales a plena potencia (937 MW). Esta fue la primera prueba en la que se utilizaron pastillas de carburo de uranio en lugar de óxido de uranio, con un revestimiento de carburo de niobio de 0,0508 milímetros (0,002 pulgadas). Se descubrió que estas pastillas se oxidaban al calentarse, lo que causaba una pérdida de carbono en forma de gas de monóxido de carbono . Para minimizar esto, las partículas se hicieron más grandes (de 50 a 150 micrómetros (0,0020 a 0,0059 pulgadas) de diámetro) y se les aplicó un revestimiento protector de grafito pirolítico . El 10 de septiembre, se reinició el Kiwi B4E y funcionó a 882 MW durante dos minutos y medio, lo que demostró la capacidad de un motor de cohete nuclear para apagarse y reiniciarse. [76] [77]
En septiembre de 1964 se realizaron pruebas con un motor Kiwi B4 y PARKA, un reactor Kiwi utilizado para pruebas en Los Álamos. Los dos reactores funcionaron a 4,9 metros (16 pies), 2,7 metros (9 pies) y 1,8 metros (6 pies) de distancia entre sí, y se tomaron medidas de reactividad. Estas pruebas mostraron que los neutrones producidos por un reactor efectivamente causaban fisiones en otro, pero que el efecto era insignificante: 3, 12 y 24 centavos respectivamente. Las pruebas demostraron que los motores de cohetes nucleares adyacentes no interferirían entre sí y, por lo tanto, podrían agruparse, tal como a menudo se hacía con los químicos. [66] [67] [78] [79]
El siguiente paso en el programa de investigación de LASL fue construir un reactor más grande. [80] El tamaño del núcleo determina la cantidad de hidrógeno, que es necesario para la refrigeración, que se puede impulsar a través de él; y cuánto combustible de uranio se puede cargar en él. [81] En 1960, LASL comenzó a planificar un reactor de 4.000 MW con un núcleo de 89 centímetros (35 pulgadas) como sucesor de Kiwi. LASL decidió llamarlo Phoebe , en honor a la diosa griega de la Luna. Sin embargo, otro proyecto de armas nucleares ya tenía ese nombre, por lo que se cambió a Phoebus, un nombre alternativo para Apollo. Phoebus se topó con la oposición de SNPO, que quería un reactor de 20.000 MW. LASL pensó que las dificultades de construir y probar un reactor tan grande se estaban tomando demasiado a la ligera; solo para construir el diseño de 4.000 MW se requería una nueva boquilla y una turbobomba mejorada de Rocketdyne. Se produjo un prolongado conflicto burocrático. [80]
En marzo de 1963, la SNPO y el Centro Marshall de Vuelos Espaciales (MSFC) encargaron a los Laboratorios de Tecnología Espacial (STL) la elaboración de un informe sobre el tipo de motor nuclear para cohetes que se necesitaría para las posibles misiones entre 1975 y 1990. Estas misiones incluían las primeras expediciones tripuladas de ida y vuelta interplanetarias planetarias (EMPIRE), vuelos de aproximación y de aproximación planetaria y un transbordador lunar. La conclusión de este informe de nueve volúmenes, que se entregó en marzo de 1965, y de un estudio de seguimiento, fue que estas misiones podrían llevarse a cabo con un motor de 4.100 MW con un impulso específico de 825 segundos (8,09 km/s), una cifra considerablemente menor de lo que se había considerado necesario en un principio. De ahí surgió una especificación para un motor nuclear para cohetes de 5.000 MW, que se conocería como NERVA II. [82] [83]
LASL y SNPO llegaron a un acuerdo por el cual LASL construiría dos versiones del Phoebus: el pequeño Phoebus I, con un núcleo de 89 centímetros (35 pulgadas) para probar combustibles, materiales y conceptos avanzados, y el Phoebus II, más grande, de 140 centímetros (55 pulgadas), que serviría como prototipo para NERVA II. Ambos se basarían en el Kiwi. El objetivo era lograr más potencia de la que era posible con las unidades Kiwi y mantener la potencia máxima durante más tiempo. El trabajo en el Phoebus I comenzó en 1963, con un total de tres motores construidos, llamados 1A, 1B y 1C. [80]
El Phoebus 1A fue probado el 25 de junio de 1965 y funcionó a plena potencia (1.090 MW) durante diez minutos y medio. Desafortunadamente, el intenso ambiente de radiación hizo que uno de los medidores de capacitancia produjera lecturas erróneas. Cuando se enfrentaron a un medidor que decía que el tanque de combustible de hidrógeno estaba casi vacío y otro que decía que estaba lleno hasta un cuarto, y no estaban seguros de cuál era el correcto, los técnicos en la sala de control optaron por creer el que decía que estaba lleno hasta un cuarto. Esta fue la elección equivocada; el tanque estaba efectivamente casi vacío y el combustible se agotó. Sin hidrógeno líquido para enfriarlo, el motor, que funcionaba a 2.270 K (2.000 °C), se sobrecalentó rápidamente y explotó. Aproximadamente una quinta parte del combustible fue expulsado; la mayor parte del resto se derritió. [80] [84]
La zona de pruebas se dejó allí durante seis semanas para que los productos de fisión altamente radiactivos tuvieran tiempo de desintegrarse. Se utilizó una niveladora con una escobilla de goma en su arado para amontonar la tierra contaminada para poder recogerla. Cuando esto no funcionó, se utilizó una aspiradora de 150 kW (200 hp) para recoger la tierra. Los fragmentos de la plataforma de prueba fueron recogidos inicialmente por un robot, pero era demasiado lento, y se utilizaron hombres con trajes protectores, que recogían los trozos con pinzas y los dejaban caer en botes de pintura rodeados de plomo y montados en pequeñas plataformas rodantes. Eso se encargó de la contaminación principal; el resto se picó, se barrió, se restregó, se lavó o se pintó. Todo el esfuerzo de descontaminación llevó cuatrocientas personas durante dos meses y costó 50.000 dólares. La dosis media de radiación recibida por los trabajadores de limpieza fue de 0,66 rems (0,0066 Sv ), mientras que la máxima fue de 3 rems (0,030 Sv); LASL limitó el salario de sus empleados a 5 rems (0,050 Sv) por año. [80]
La siguiente prueba fue la del Phoebus 1B. Se puso en marcha el 10 de febrero de 1967 y funcionó a 588 MW durante dos minutos y medio. Para evitar que se repitiera el percance que había ocurrido con el Phoebus 1A, se instaló un recipiente criogénico dewar de 30.000 litros (8.000 galones estadounidenses) y alta presión de 5.200 kilopascales (750 psi ) para proporcionar un suministro de emergencia de hidrógeno líquido en caso de que hubiera un fallo en el sistema de suministro de combustible primario. Se realizó una segunda prueba el 23 de febrero de 1967, cuando funcionó durante 46 minutos, de los cuales 30 minutos fueron por encima de los 1.250 MW, y se alcanzó una potencia máxima de 1.450 MW y una temperatura del gas de 2.444 K (2.171 °C). La prueba fue un éxito, pero se encontró algo de corrosión. [85]
A continuación se realizó una prueba del Phoebus 2A, de mayor tamaño. El 8 de junio de 1968 se realizó una prueba preliminar a baja potencia (2000 MW) y, a continuación, una prueba a máxima potencia el 26 de junio. El motor funcionó durante 32 minutos, de los cuales 12,5 minutos fueron a más de 4000 MW, y se alcanzó una potencia máxima de 4082 MW. En ese momento, la temperatura de la cámara era de 2256 K (1983 °C) y el caudal total era de 118,8 kilogramos por segundo (262 lb/s). No se pudo alcanzar el nivel máximo de potencia porque en ese momento las temperaturas de los segmentos de la banda de sujeción que conectaban el núcleo al recipiente de presión alcanzaron su límite de 417 K (144 °C). Se realizó una tercera prueba el 18 de julio, alcanzando una potencia de 1280 MW, y una cuarta más tarde ese mismo día, con una potencia de alrededor de 3500 MW. [86] [87] Una anomalía desconcertante fue que la reactividad fue menor de lo esperado. El hidrógeno líquido podría haber enfriado demasiado el reflector de berilio, lo que provocó que de alguna manera perdiera algunas de sus propiedades moderadoras. Alternativamente, existen dos isómeros de espín del hidrógeno : el parahidrógeno es un moderador de neutrones, pero el ortohidrógeno es un veneno, y tal vez el alto flujo de neutrones haya transformado parte del parahidrógeno en ortohidrógeno. [88]
Pewee fue la tercera fase del Proyecto Rover. LASL volvió a los nombres de aves, bautizándolo en honor al pewee norteamericano . Era pequeño, fácil de probar y de un tamaño conveniente para misiones científicas interplanetarias sin tripulación o pequeños "remolcadores" nucleares. Su principal propósito era probar elementos de combustible avanzados sin el gasto de un motor de tamaño completo. Pewee tardó solo diecinueve meses en desarrollarse desde que SNPO lo autorizó en junio de 1967 hasta su primera prueba a gran escala en diciembre de 1968. [89]
Pewee tenía un núcleo de 53 centímetros (21 pulgadas) que contenía 36 kilogramos (80 libras) de 402 elementos de combustible y 132 elementos de soporte. De los 402 elementos de combustible, 267 fueron fabricados por LASL, 124 por el Laboratorio Astronuclear Westinghouse y 11 en el Complejo de Seguridad Nacional Y-12 de la AEC . La mayoría estaban recubiertos con carburo de niobio ( NbC ), pero algunos estaban recubiertos con carburo de circonio ( ZrC ); la mayoría también tenían un revestimiento protector de molibdeno. Existía la preocupación de que un reactor tan pequeño no pudiera alcanzar la criticidad , por lo que se añadió hidruro de circonio (un buen moderador) y se aumentó el grosor del reflector de berilio a 20 centímetros (8 pulgadas). Había nueve tambores de control. Todo el reactor, incluido el recipiente de presión de aluminio, pesaba 2570 kilogramos (5670 libras). [89] [90] [91]
Pewee 1 se puso en marcha tres veces: para su verificación el 15 de noviembre de 1968, para una prueba de corta duración el 21 de noviembre y para una prueba de resistencia a máxima potencia el 4 de diciembre. La prueba a máxima potencia tuvo dos paradas durante las cuales el reactor funcionó a 503 MW (1,2 MW por elemento de combustible). La temperatura media de los gases de salida fue de 2.550 K (2.280 °C), la más alta jamás registrada por el Proyecto Rover. La temperatura de la cámara fue de 2.750 K (2.480 °C), otro récord. La prueba demostró que el carburo de circón era más eficaz para prevenir la corrosión que el carburo de niobio. No se había hecho ningún esfuerzo particular para maximizar el impulso específico, ya que ese no era el propósito del reactor, pero Pewee logró un impulso específico de vacío de 901 segundos (8,84 km/s), muy por encima del objetivo para NERVA. También lo fue la densidad de potencia media de 2.340 MW/ m3 ; La densidad máxima alcanzó los 5.200 MW/m3 , un 20% más que la de Phoebus 2A, y la conclusión fue que podría ser posible construir un motor más ligero pero aún más potente. [90] [91]
LASL tardó un año en modificar el diseño de Pewee para resolver el problema del sobrecalentamiento. En 1970, Pewee 2 se preparó en la celda de pruebas C para una serie de pruebas. LASL planeó hacer doce pruebas a máxima potencia a 2427 K (2154 °C), cada una de ellas con una duración de diez minutos, con un enfriamiento a 540 K (267 °C) entre cada prueba. SNPO ordenó a LASL que devolviera Pewee a E-MAD. [89] El problema era la Ley Nacional de Política Ambiental (NEPA), que el presidente Richard Nixon había convertido en ley el 1 de enero de 1970. [92] SNPO creía que las emisiones radiactivas estaban dentro de las pautas y no tendrían efectos ambientales adversos, pero un grupo ambientalista afirmó lo contrario. [89] SNPO preparó un estudio de impacto ambiental completo para las próximas pruebas del horno nuclear. [93] Mientras tanto, LASL planeó una prueba de Pewee 3. Se probaría en horizontal, con un depurador para eliminar los productos de fisión de la columna de escape. También se planeó un Pewee 4 para probar los combustibles y un Pewee 5 para probar los postquemadores. Ninguna de estas pruebas se llevó a cabo. [89]
El horno nuclear era un pequeño reactor de apenas una décima parte del tamaño de Pewee, que estaba destinado a proporcionar un medio económico para realizar pruebas. Originalmente iba a ser utilizado en Los Álamos, pero el coste de crear un sitio de prueba adecuado era mayor que el de utilizar la celda de prueba C. Tenía un núcleo diminuto de 146 centímetros (57 pulgadas) de largo y 34 centímetros (13 pulgadas) de diámetro que contenía 49 elementos de combustible hexagonales. De estos, 47 eran celdas de combustible "compuestas" de carburo de uranio-carburo de circonio y dos contenían un grupo de siete elementos de celdas de combustible de uranio-carburo de circonio puro de un solo orificio. Ninguno de estos tipos se había probado anteriormente en un reactor de propulsión de cohetes nucleares. En total, se trataba de unos 5 kg de uranio-235 altamente enriquecido (93%). Para alcanzar la criticidad con tan poco combustible, el reflector de berilio tenía más de 36 centímetros (14 pulgadas) de espesor. Cada celda de combustible tenía su propia camisa de agua de refrigeración y moderación. Para ahorrar dinero se utilizó hidrógeno gaseoso en lugar de líquido y se desarrolló un depurador . [89] [91] [94]
Los objetivos de las pruebas del horno nuclear eran verificar el diseño y probar los nuevos combustibles compuestos. Entre el 29 de junio y el 27 de julio de 1972, el NF-1 funcionó cuatro veces a plena potencia (44 MW) y una temperatura de los gases de salida del combustible de 2444 K (2171 °C) durante un total de 108,8 minutos. El NF-1 funcionó 121,1 minutos con una temperatura de los gases de salida del combustible superior a 2222 K (1949 °C). También alcanzó una densidad de potencia media de 4500 a 5000 MW/m3 con temperaturas de hasta 2500 K (2230 °C). [95] El depurador funcionó bien, aunque se filtró algo de criptón-85 . La Agencia de Protección Ambiental pudo detectar cantidades mínimas, pero ninguna fuera del rango de prueba. [89]
Las pruebas indicaron que las pilas de combustible de materiales compuestos funcionarían bien durante dos a seis horas a temperaturas de entre 2.500 y 2.800 K (2.230 y 2.530 °C), mientras que los combustibles de carburo ofrecerían un rendimiento similar a temperaturas de entre 3.000 y 3.200 K (2.730 y 2.930 °C), suponiendo que los problemas de agrietamiento pudieran superarse con un diseño mejorado. Para diez horas de funcionamiento, la matriz de grafito se limitaría a temperaturas de entre 2.200 y 2.300 K (1.930 y 2.030 °C), el material compuesto podría alcanzar temperaturas de entre 2.480 K (2.210 °C) y el carburo puro, a temperaturas de entre 3.000 K (2.730 °C). De este modo, el programa de pruebas finalizó con tres formas viables de pilas de combustible. [94]
En mayo de 1961, Kennedy dio su aprobación para las pruebas en vuelo de reactores (RIFT). En respuesta, LASL estableció una Oficina de Seguridad de Vuelo de Rover, y SNPO creó un Panel de Seguridad de Vuelo de Rover, que apoyó a RIFT. La planificación de RIFT de la NASA exigía que hasta cuatro reactores cayeran al océano Atlántico. LASL tenía que determinar qué sucedería si un reactor caía al agua a varios miles de kilómetros por hora. En particular, necesitaba saber si entraría en estado crítico o explotaría al inundarse con agua de mar, un moderador de neutrones. También existía la preocupación de lo que sucedería si se hundiera 3,2 kilómetros (2 millas) hasta el fondo del Atlántico, donde estaría bajo una presión aplastante. El posible impacto en la vida marina, y de hecho, qué vida marina había allí, todo tenía que ser considerado. [96]
LASL comenzó sumergiendo elementos de combustible en agua. Luego realizó una prueba de entrada de agua simulada (SWET) durante la cual se utilizó un pistón de 30 centímetros (12 pulgadas) para forzar el agua dentro de un reactor lo más rápido posible. Para simular un impacto, se dejó caer un reactor simulado sobre hormigón desde una altura de 23 metros (75 pies). Rebotó 4,6 metros (15 pies) en el aire; el recipiente de presión se abolló y muchos elementos de combustible se agrietaron, pero los cálculos mostraron que no llegaría a un punto crítico ni explotaría. Sin embargo, RIFT involucró a NERVA sentado sobre un cohete Saturno V a 91 metros (300 pies) de altura. Para averiguar qué sucedería si el propulsor explotara en la plataforma de lanzamiento, se estrelló un reactor simulado contra una pared de hormigón utilizando un trineo de cohetes . El núcleo se comprimió en un 5% y los cálculos mostraron que efectivamente alcanzaría un punto crítico y explotaría, con una fuerza equivalente a unos 2 kilogramos (4,4 libras) de alto explosivo, lo que probablemente sería insignificante en comparación con el daño causado por la explosión de un propulsor. Inquietantemente, esta fue mucho menor que los 11 kilogramos (25 libras) que se habían predicho teóricamente, lo que indica que el modelo matemático era deficiente. [96]
Cuando se determinó que NERVA no era necesario para el programa Apolo y, por lo tanto, no sería necesario hasta la década de 1970, se pospuso el RIFT [72] y luego se canceló por completo en diciembre de 1963. Aunque se discutió con frecuencia su restablecimiento, nunca se produjo [97] . Esto eliminó la necesidad de más SWET, pero persistieron las preocupaciones sobre la seguridad de los motores de cohetes nucleares. Si bien un impacto o una explosión no podían causar una explosión nuclear, LASL estaba preocupada por lo que sucedería si el reactor se sobrecalentaba. Se ideó una prueba para crear la catástrofe más devastadora posible. Se ideó una prueba especial conocida como Kiwi-TNT. Normalmente, los tambores de control giraban a una velocidad máxima de 45° por segundo hasta la posición completamente abierta a 180°. Esto era demasiado lento para la explosión devastadora buscada, por lo que para Kiwi-TNT se modificaron para que giraran a 4000° por segundo. La prueba se llevó a cabo el 12 de enero de 1965. El Kiwi-TNT se montó en un vagón de plataforma plana, apodado Toonerville Trolley , y se estacionó a 190 metros (630 pies) de la celda de prueba C. Los tambores se giraron al ajuste máximo a 4000° por segundo y el calor vaporizó parte del grafito, lo que resultó en una explosión colorida que envió elementos combustibles volando por el aire, seguido de una nube altamente radiactiva con una radiactividad estimada en 1,6 megacurios (59 PBq ). [96]
La mayor parte de la radiactividad en la nube estaba en forma de cesio-138 , estroncio-92 , yodo-134 , circonio-97 y criptón-88 , que tienen vidas medias cortas medidas en minutos u horas. La nube se elevó 790 metros (2.600 pies) en el aire y se desplazó hacia el suroeste, finalmente volando sobre Los Ángeles y hacia el mar. Fue rastreada por dos aviones del Servicio de Salud Pública (PHS) que tomaron muestras. El PHS había entregado dosímetros de placa de película a las personas que vivían en el borde del área de prueba y tomó muestras de leche de las granjas lecheras en la trayectoria de la nube. Revelaron que la exposición a las personas que vivían fuera del Sitio de Pruebas de Nevada fue insignificante. La lluvia radiactiva en el suelo también se disipó rápidamente. Los equipos de búsqueda rastrearon el área recolectando escombros. El más grande era un trozo del recipiente de presión que pesaba 67 kilogramos (148 libras) que se encontró a 230 metros (750 pies) de distancia; Otro, que pesaba 44 kilogramos (98 libras), fue encontrado a 520 metros (1.700 pies) de distancia. [98]
La explosión fue relativamente pequeña, estimada en el equivalente a 90 a 140 kilogramos (200 a 300 libras) de pólvora negra . Fue mucho menos violenta que una explosión de TNT , y de ahí los grandes trozos que se encontraron. La prueba demostró que el reactor no podía destruirse en el espacio haciéndolo estallar en pequeños pedazos, por lo que se tuvo que encontrar otro método para deshacerse de él al final de una misión espacial. LASL decidió aprovechar la capacidad de reinicio del motor para deshacerse de un cohete nuclear disparándolo a una órbita alta, donde permanecería indefinidamente o, mediante desintegración orbital, regresaría a la Tierra siglos después, momento en el que la mayor parte de la radiactividad se habría desintegrado. La Unión Soviética protestó por la prueba, alegando que era una prueba nuclear que violaba el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares , pero Estados Unidos respondió que era una prueba subcrítica que no implicaba explosión. Sin embargo, el Departamento de Estado estaba muy descontento con la designación Kiwi-TNT de LASL, ya que esto implicaba una explosión y dificultaba acusar a los soviéticos de violar el tratado. [98]
Durante el Proyecto Rover se produjeron tres accidentes mortales. Un trabajador murió en un accidente de tráfico. Otro murió por quemaduras tras verter gasolina sobre cintas de ordenador clasificadas y prenderles fuego para deshacerse de ellas. Un tercero entró en un tanque de nitrógeno y se asfixió. [99]
Rover siempre fue un proyecto controvertido, y defenderlo de las críticas requirió una serie de batallas burocráticas y políticas. En 1961, la Oficina de Presupuesto (BOB) y el Comité Asesor Científico del Presidente (PSAC) presentaron un desafío a Rover sobre la base de su costo, pero este esfuerzo fue derrotado por la JCAE, donde Rover disfrutó del firme apoyo de Anderson y Howard Cannon en el Senado , y Overton Brooks y James G. Fulton en la Cámara de Representantes . [100] El PSAC y la BOB lo intentaron nuevamente en 1964; las solicitudes de presupuesto de la NASA fueron recortadas, pero Rover emergió intacto. [101]
A finales de los años 60, el aumento del coste de la guerra de Vietnam ejerció una mayor presión sobre los presupuestos. Los miembros recién elegidos de la Cámara de Representantes analizaron a Rover y NERVA con un ojo crítico, viéndolos como una puerta de entrada a un costoso programa de exploración del espacio profundo post-Apolo, de duración indefinida. Pero Rover conservó el influyente apoyo de Anderson, Cannon y Margaret Chase Smith, de Maine , en el Senado, y de Fulton y George P. Miller (que sustituyó a Brooks como presidente del Comité de Ciencia, Espacio y Tecnología de la Cámara de Representantes de los Estados Unidos tras la muerte de este último en septiembre de 1961) en la Cámara de Representantes. [102]
El Congreso desfinanció a NERVA II en el presupuesto de 1967, pero Johnson necesitaba el apoyo de Anderson para su legislación de Medicare , y el 7 de febrero de 1967 acordó proporcionar dinero para NERVA II de su propio fondo de contingencia. [103] Klein, que había sucedido a Finger como jefe del 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 , que había recortado el presupuesto de la NASA. Desfinanciar NERVA II ahorró $400 millones, principalmente en nuevas instalaciones que serían necesarias para probarlo. AEC y la NASA accedieron, porque se había demostrado que NERVA I podía realizar las misiones esperadas de NERVA II. [104]
NERVA tenía muchas misiones potenciales. La NASA consideró utilizar Saturno V y NERVA en un " Gran Tour " del Sistema Solar. Una alineación de planetas poco común que ocurre cada 174 años ocurrió entre 1976 y 1980, lo que permitió que una nave espacial visitara Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Con NERVA, esa nave espacial podría pesar hasta 24.000 kilogramos (52.000 libras). Esto suponiendo que NERVA tuviera un impulso específico de solo 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 libras) del tamaño de Skylab en órbita alrededor de la Luna. Se podrían realizar viajes repetidos a la Luna con NERVA impulsando un transbordador nuclear. También estaba la misión a Marte, que Klein evitó mencionar diplomáticamente, [105] sabiendo que, incluso tras el alunizaje del Apolo 11 , la idea era impopular entre el Congreso y el público en general. [106]
La presión para recortar costes aumentó después de que Nixon sustituyera a Johnson como presidente en 1969. La financiación del programa de la NASA se redujo en el presupuesto de 1969, cerrando la línea de producción del Saturno V, [107] pero NERVA permaneció. Klein respaldó un plan por el cual el transbordador espacial pondría en órbita un motor NERVA y luego regresaría a buscar combustible y carga útil. Esto podría repetirse, ya que el motor NERVA era reiniciable. [105] [108] NERVA mantuvo el firme apoyo de Anderson, Cannon y Smith, pero Anderson estaba envejeciendo y cansado, y ahora delegó muchas de sus funciones a Cannon. NERVA recibió 88 millones de dólares en el año fiscal (FY) 1970 y 85 millones de dólares en el año fiscal 1971, con fondos procedentes conjuntamente de la NASA y la AEC. [109]
Cuando Nixon intentó cancelar NERVA en 1971, los votos de Anderson y Smith acabaron con el proyecto favorito de Nixon, el avión de transporte supersónico Boeing 2707. Fue una derrota sorprendente para el presidente. [110] En el presupuesto para el año fiscal 1972, se recortó la financiación del transbordador, pero NERVA sobrevivió. [111] Aunque su solicitud presupuestaria era de solo 17,4 millones de dólares, el Congreso asignó 69 millones de ellos; Nixon gastó solo 29 millones de ellos. [109] [a]
En 1972, el Congreso volvió a apoyar a NERVA. Una coalición bipartidista encabezada por Smith y Cannon destinó 100 millones de dólares para ello; se estimó que un motor NERVA que cupiera dentro de la bodega de carga del transbordador costaría unos 250 millones de dólares a lo largo de una década. Añadieron una estipulación de que no habría más fondos para reprogramar NERVA para pagar otras actividades de la NASA. La administración de Nixon decidió cancelar NERVA de todos modos. El 5 de enero de 1973, la NASA anunció que NERVA (y, por tanto, Rover) se darían por terminados. [112]
El personal de LASL y de la Oficina de Sistemas Nucleares Espaciales (SNSO), como se había rebautizado a la SNPO en 1970, [113] estaban atónitos; el proyecto de construir un pequeño NERVA que pudiera llevarse a bordo del transbordador espacial había avanzado bien. Los despidos comenzaron de inmediato y la SNSO se disolvió en junio. [112] Después de 17 años de investigación y desarrollo, los proyectos Rover y NERVA habían gastado alrededor de 1.400 millones de dólares, pero nunca había volado un cohete de propulsión nuclear. [114]
En 1983, la Iniciativa de Defensa Estratégica ("Star Wars") identificó misiones que podrían beneficiarse de cohetes más poderosos que los cohetes químicos, y algunas que solo podrían ser llevadas a cabo por tales cohetes. [115] Un proyecto de propulsión nuclear, SP-100, fue creado en febrero de 1983 con el objetivo de desarrollar un sistema de cohete nuclear de 100 kW. El concepto incorporaba un reactor de lecho de guijarros , un concepto desarrollado por James R. Powell en el Laboratorio Nacional de Brookhaven , que prometía temperaturas más altas y un rendimiento mejorado sobre NERVA. [116] De 1987 a 1991 fue financiado como un proyecto secreto con el nombre en código de Proyecto Timber Wind . [117]
El cohete propuesto se amplió posteriormente a un diseño más grande después de que el proyecto se transfiriera al programa de Propulsión Térmica Nuclear Espacial (SNTP) en el Laboratorio Phillips de la Fuerza Aérea en octubre de 1991. La NASA realizó estudios como parte de su Iniciativa de Exploración Espacial (SEI), pero consideró que el SNTP ofrecía una mejora insuficiente con respecto a los cohetes nucleares desarrollados por el Proyecto Rover, y no era necesario para ninguna misión de SEI. El programa SNTP finalizó en enero de 1994, [116] después de que se gastaran aproximadamente 200 millones de dólares. [118]
En 2013, en el MSFC se estudió un motor para viajes interplanetarios desde la órbita de la Tierra a la órbita de Marte, y viceversa, centrándose en los motores de cohetes térmicos nucleares. [119] Dado que son al menos el doble de eficientes que los motores químicos más avanzados, permiten tiempos de transferencia más rápidos y una mayor capacidad de carga. La menor duración del vuelo, estimada en 3-4 meses con motores nucleares, [120] en comparación con los 8-9 meses con motores químicos, [121] reduciría la exposición de la tripulación a rayos cósmicos potencialmente dañinos y difíciles de proteger . [122] Los motores nucleares como el Pewee del Proyecto Rover fueron seleccionados en la Arquitectura de Referencia de Diseño de Marte (DRA), [123] y el 22 de mayo de 2019, el Congreso aprobó $125 millones en fondos para el desarrollo de cohetes nucleares. [124] [125] 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 misiones tripuladas de la NASA a Marte. [126]
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Con el cierre del SNPO, la Oficina de Operaciones de Nevada del Departamento de Energía asumió la responsabilidad de Jackass Flats. [127] Se llevó a cabo un estudio radiológico en 1973 y 1974, [128] seguido de una limpieza de la contaminación radiactiva grave en el RMSF, R-MAD, ETS-1 y las celdas de prueba A y C. El E-MAD todavía estaba en uso y no fue parte del esfuerzo. Entre 1978 y 1984, se gastaron $ 1.624 millones en actividades de limpieza. [129] Los elementos altamente contaminados eliminados incluyeron una boquilla Phoebus y dos escudos de reactor de 24,9 toneladas (27,5 toneladas cortas ) y dos de 14 toneladas (15 toneladas cortas) del R-MAD. Estos fueron llevados a sitios de gestión de desechos radiactivos en el Área 3 y el Área 5. También se retiraron unos 5.563 metros cúbicos (7.276 yardas cúbicas) de tierra contaminada y 4.250 metros cúbicos (5.560 yardas cúbicas) de metal y hormigón contaminados para su eliminación. Otros 631 metros cúbicos (825 yardas cúbicas) de metal y equipo limpios se retiraron como salvamento. [130]
La celda de prueba A fue demolida entre diciembre de 2004 y julio de 2005. Esto implicó la eliminación de materiales tóxicos y peligrosos, entre ellos amianto y láminas de aluminio que rodeaban los conductos eléctricos y que contenían niveles de cadmio superiores a los límites permitidos para los vertederos. Se encontró pintura que contenía bifenilo policlorado (PCB), pero no por encima de los límites permitidos para los vertederos. Se encontraron alrededor de 27 toneladas (30 toneladas cortas) de ladrillos de plomo en varios lugares y se retiraron. También había algunos rastros de uranio y plutonio. El principal desafío fue la demolición del muro de protección de hormigón que contenía rastros de europio -151, europio-153 y cobalto -59, que la absorción de neutrones transforma en europio-152, europio-154 y cobalto-60 radiactivos. Se tuvo que tener cuidado para evitar la creación de polvo radiactivo peligroso durante la demolición del muro, que se llevó a cabo con explosivos. [49] [131] La demolición de las instalaciones de R-MAD comenzó en octubre de 2009 y finalizó en agosto de 2010. [132]
Fuente: [1]
