El Proyecto Rover fue un proyecto estadounidense para desarrollar un cohete nuclear-térmico que funcionó de 1955 a 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 gestionado por la Oficina de Propulsión Nuclear Espacial (SNPO), una agencia conjunta de la Comisión de Energía Atómica (AEC), y la NASA . El Proyecto Rover pasó a formar parte del proyecto Motor Nuclear para Aplicaciones de Vehículos Cohetes ( NERVA ) de la NASA y en adelante se ocupó de la investigación sobre el diseño de reactores de cohetes nucleares, mientras que NERVA se ocupó del desarrollo y despliegue general de motores de cohetes nucleares y de la planificación de misiones espaciales.
Los reactores nucleares para el Proyecto Rover se construyeron en el Área Técnica 18 de LASL (TA-18), también conocida como Sitio del Cañón Pajarito. Fueron probados allí a muy baja potencia y luego enviados al Área 25 (conocida como Jackass Flats) en el sitio de pruebas de Nevada de la AEC . La División N de LASL en TA-46 realizó pruebas de elementos combustibles y otras ciencias de materiales 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, conforme al menor presupuesto disponible después de 1968.
Los reactores estaban alimentados con uranio altamente enriquecido , y se utilizaba hidrógeno líquido como propulsor de cohetes y refrigerante del reactor. Se utilizaron grafito nuclear y berilio como moderadores y reflectores de neutrones . Los motores estaban controlados por tambores con grafito o berilio por un lado y boro (un veneno nuclear ) por el otro, y el nivel de energía se ajustaba girando los tambores. Debido a que el hidrógeno también actúa como moderador, el aumento del flujo de propulsor también aumentó 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 contó con un fuerte apoyo político del influyente presidente del Comité Conjunto sobre 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 con 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 alunizaje del Apolo 11 . Los proyectos Rover y NERVA fueron cancelados por su objeción en enero de 1973 y ninguno de los reactores voló jamás.
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 escribió un artículo en el que consideraban 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 coincidieron en que aún no era práctico, Tsien especuló que algún día los cohetes de propulsión nuclear podrían ser lo suficientemente potentes como para poner satélites en órbita. [4]
En 1947, el Laboratorio de Aerofísica de la Aviación de América del Norte publicó un extenso artículo en el que analizaba muchos de los problemas implicados en el uso de reactores nucleares para propulsar aviones y cohetes. El estudio estaba dirigido específicamente a un avión con un alcance de 16.000 kilómetros (10.000 millas) y una carga útil de 3.600 kilogramos (8.000 lb), y cubrió turbobombas , estructura, tanque, aerodinámica y diseño de reactor nuclear . Llegaron a la conclusión de que el hidrógeno era mejor como propulsor y que el grafito sería el mejor moderador de neutrones , pero asumieron una temperatura de funcionamiento de 3150 °C (5700 °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 especulación, y en el Reino Unido, Val Cleaver , ingeniero jefe de la división de cohetes de De Havilland , y Leslie Shepard, 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 los cohetes nucleares eran esenciales para la exploración del espacio profundo, pero aún no eran técnicamente viables. [5] [6]
En 1953, Robert W. Bussard , un físico que trabajaba en el proyecto de 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 elaborado por ingenieros de Consolidated Vultee . [9] Utilizó datos y análisis de cohetes químicos existentes, junto con especificaciones para los componentes existentes. Sus cálculos se basaron en el estado del arte de los reactores nucleares. [10] Lo más importante es que el artículo examinó varios rangos y tamaños de carga útil; Las conclusiones pesimistas de Consolidated habían sido en parte el resultado de considerar sólo una gama estrecha de posibilidades. [9]
El resultado, Energía nuclear para la propulsión de cohetes , afirmaba que el uso de la propulsión nuclear en cohetes no está limitado por consideraciones de energía de combustión y, por tanto , se pueden utilizar propulsores de bajo peso molecular como el hidrógeno puro. Mientras que un motor convencional podría producir una velocidad de escape de 2.500 metros por segundo (8.300 pies/s), un motor nuclear alimentado con hidrógeno podría alcanzar una velocidad de escape de 6.900 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 del propulsor de hidrógeno. [10]
El estudio de Bussard tuvo poca repercusión al principio, principalmente porque sólo se imprimieron 29 copias y estaba clasificado como Datos Restringidos y, por tanto, sólo podía ser leído por alguien con la autorización de seguridad requerida. [11] En diciembre de 1953, se publicó en el Journal of Reactor Science and Technology de Oak Ridge . Si bien todavía estaba clasificado, 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 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 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) ; y Allen F. Donovan de Ramo-Wooldridge . [12]
Después de escuchar opiniones sobre varios diseños, el comité Mills recomendó que continuara 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 Alamos bajo el liderazgo de Raemer Schreiber , para llevarla a cabo. [13] En marzo de 1956, el Proyecto de Armas Especiales de las Fuerzas Armadas (AFSWP) recomendó asignar 100 millones de dólares (1076 millones de dólares en 2022) al proyecto del motor de cohete nuclear durante tres años para que los dos laboratorios realicen estudios de viabilidad y la construcción de instalaciones de prueba. [14]
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. 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 encontrado un poderoso patrocinador político en la senadora Clinton P. Anderson de Nuevo México (donde se encontraba LASL), vicepresidente del Comité Conjunto de Energía Atómica del Congreso de los Estados Unidos (JCAE), cercano a von Neumann. , Bradbury y Ulam. Logró conseguir financiación. [14]
Todo el trabajo sobre el cohete nuclear se consolidó en Los Álamos, donde recibió el nombre en clave de Proyecto Rover; A Livermore se le asignó la responsabilidad del desarrollo del estatorreactor nuclear , cuyo nombre en código fue Proyecto Plutón . [15] El Proyecto Rover fue dirigido por un oficial activo de la 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). [dieciséis]
En principio, el diseño de un motor de cohete nuclear térmico es bastante simple: una turbobomba forzaría el hidrógeno a través de un reactor nuclear, donde el reactor lo calentaría a temperaturas muy altas y luego lo expulsaría a través de una boquilla de cohete para producir empuje. [17] 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. La única forma práctica de almacenar hidrógeno era en forma líquida, y esto requería una temperatura inferior 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 necesitarían materiales que pudieran soportar tales temperaturas y resistir la corrosión del hidrógeno. [17]
En teoría, el hidrógeno líquido era el mejor propulsor posible, pero a principios de la década de 1950 era caro y sólo estaba disponible en pequeñas cantidades. [18] En 1952, la AEC y la Oficina Nacional de Estándares 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 amoníaco ( NH
3). El amoníaco, utilizado en las pruebas realizadas entre 1955 y 1957, era económico, 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]
Para el combustible consideraron plutonio-239 , uranio-235 y uranio-233 . El plutonio fue rechazado porque, si bien forma compuestos con facilidad, estos no podían alcanzar temperaturas tan altas como las del uranio. Se consideró seriamente el uranio-233, ya que, en comparación con el uranio-235, es un poco más ligero, tiene un mayor número de neutrones por evento de fisión y una alta probabilidad de fisión. Por tanto, ofrecía la posibilidad de ahorrar algo de peso en combustible, pero sus propiedades radiactivas lo hacían más difícil de manipular y, en cualquier caso, no estaba fácilmente disponible. [21] [22] Por lo tanto, se eligió uranio altamente enriquecido . [23]
Para 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 sortear 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 se sublima en lugar de fundirse a 3900 K (3630 °C). [25]
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. [26] 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 el aumento del 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 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. [27]
LASL produjo una serie de conceptos de diseño, cada uno con su propio nombre en clave: Tío Tom, Tío 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 del misil 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 con Hugh Dryden , su adjunto, el 20 de agosto de 1958, [36] el día después de su juramento en la Casa Blanca. , [37] 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. [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 interés en la tecnología de cohetes nucleares. Fue el primer alto funcionario de la NACA que mostró interés en la investigación de cohetes, [39] había iniciado una investigación sobre el uso de hidrógeno como propulsor de cohetes, [40] participó en el proyecto Aircraft Nuclear Propulsion (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 entró oficialmente en funcionamiento y asumió la responsabilidad del programa espacial civil de los Estados Unidos. [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". Development of Space Nuclear Rocket Propulsion (Project Rover)", que firmaron el 28 de julio de 1961. [46] SNPO también asumió la responsabilidad de SNAP, con Armstrong convirtiéndose en asistente del director de la División de Desarrollo de Reactores de 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 sucursal SNAP en 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 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". [47]
Los reactores nucleares para el Proyecto Rover se construyeron en el Área Técnica 18 de LASL (TA-18), también conocida como Sitio Pajarito. Los componentes internos y de combustible del motor se fabricaron en el complejo Sigma de Los Álamos. La División LASL N en TA-46 realizó pruebas de elementos combustibles y otras ciencias de materiales utilizando varios hornos y más tarde un reactor de prueba personalizado, el Horno Nuclear. En el Proyecto Rover también participó personal de las divisiones LASL Test (J) y Chemical Metallurgy Baker (CMB). [48] Se construyeron dos reactores para cada motor; uno para experimentos críticos de potencia cero en Los Alamos y otro utilizado para pruebas de potencia total. [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 uso del Proyecto Rover. [49] Los trabajos en las instalaciones de prueba comenzaron allí 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 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 se encendió de prueba con la columna de escape en el aire para que cualquier producto de fisión radiactiva recogido del núcleo pudiera dispersarse de forma 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 vidrio de plomo y brazos de manipulación remota. Era excepcional sólo por su tamaño: 76 metros (250 pies) de largo, 43 metros (140 pies) y 19 metros (63 pies) de alto. Esto permitió que la locomotora entrara y saliera en un vagón de ferrocarril. [21] Se decía que el "Jackass and Western Railroad", como se lo describía alegremente, era el ferrocarril más corto y lento del mundo. [50] Había dos locomotoras: la eléctrica L-1, que se controlaba de forma remota, y la diésel-eléctrica L-2, que se controlaba manualmente, con protección contra la radiación alrededor de la cabina . [21]
Se suponía que la celda de prueba C estaría terminada en 1960, pero la NASA y AEC no solicitaron fondos para construcción adicional ese año; Anderson se los proporcionó de todos modos. Luego se produjeron retrasos en la construcción, lo que le obligó a intervenir personalmente. [51] En agosto de 1961, la Unión Soviética puso fin a la moratoria de ensayos nucleares que había estado vigente 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 se volvió escasa y hubo una huelga. [53]
Cuando eso terminó, los trabajadores tuvieron que afrontar 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 preveía la construcción de un motor de cohete nuclear de 20.000 MW, por lo que el supervisor de construcción, Keith Boyer, hizo que 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). Era más grande que un campo de fútbol, con 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. [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 la ETS-1. Estaba cercado 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 separaba en siete ramales. Dos ramales conducían a búnkeres de 55,3 metros cuadrados (595 pies cuadrados). La instalación se utilizó 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) en Jackass Flats, y en junio se estableció una sucursal de SNPO en Las Vegas (SNPO-N) para administrarla. [46] Los trabajadores de la construcción estaban alojados 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 originaria de Nueva Zelanda [21] , ya que los motores del 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 volables, 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 consideró que el kiwi había servido 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 necesaria. 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). Diseñado para producir 100 MW, el motor 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 que parte del combustible se derritiera. [56]
Se realizaron una serie de mejoras para la siguiente prueba el 8 de julio de 1960 para crear un motor conocido como Kiwi A Prime. Los elementos combustibles se extruyeron en cilindros y se recubrieron con carburo de niobio ( NbC ) para resistir la corrosión. Se apilaron seis de un extremo a otro 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 del gas de salida del núcleo de 2.178 K. La prueba se vio empañada por tres fallos en los módulos del núcleo, pero la mayoría sufrió pocos o ningún daño. [57] La prueba fue observada por Anderson y los delegados a la Convención Nacional Demócrata de 1960 . En la convención, Anderson añadió el apoyo a los cohetes nucleares a la plataforma del Partido Demócrata . [58]
La tercera y última prueba de la serie Kiwi A se llevó a cabo el 19 de octubre de 1960. El motor Kiwi A3 utilizaba elementos combustibles cilíndricos de 27 pulgadas (69 cm) de largo en revestimientos de carburo de niobio. El plan de prueba requería que el motor funcionara a 50 MW (media potencia) durante 106 segundos y luego a 92 MW durante 250 segundos. El nivel de potencia de 50 MW se logró con un flujo de propulsor de 2,36 kilogramos por segundo (5,2 libras/s), pero la temperatura del gas de salida fue de 1.861 K, más de 300 K más de lo esperado. Después de 159 segundos, la potencia aumentó a 90 MW. Para estabilizar la temperatura del gas de salida en 2173 K, la tasa de combustible se incrementó a 3,81 kilogramos por segundo (8,4 lb/s). Más tarde se descubrió que el sistema de medición de potencia neutrónica estaba incorrectamente calibrado y el motor en realidad funcionó a un promedio de 112,5 MW durante 259 segundos, muy por encima de su capacidad de diseño. A pesar de esto, el núcleo sufrió menos daños que en la prueba Kiwi A Prime. [59]
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. [60] Finger siguió adelante y pidió ofertas a la industria para el desarrollo del motor nuclear para aplicaciones en vehículos cohetes ( NERVA ) de la NASA basado en el diseño del motor Kiwi. [61] Rover en adelante pasó a formar parte de NERVA; mientras Rover se ocupaba de la investigación sobre el diseño de reactores de cohetes nucleares, NERVA se ocupaba del desarrollo y despliegue de motores de cohetes nucleares y de 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 Cóndor, en honor a los grandes pájaros voladores , en contraste con el pequeño Kiwi no volador. Sin embargo, en octubre de 1958, la NASA había estudiado colocar una etapa superior nuclear en un misil Titan I y concluyó que en esta configuración una etapa superior de reactor de 1.000 MW podría poner en órbita 6.400 kilogramos (14.000 libras). 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 modelo de producción. motor en 1964. [26]
Para Kiwi B, LASL realizó varios cambios de diseño para obtener el mayor rendimiento requerido. Se eliminó el núcleo central, el número de orificios de refrigerante en cada elemento combustible hexagonal se aumentó de cuatro a siete y el reflector de grafito se reemplazó por uno de berilio de 20 centímetros (8 pulgadas) de espesor. [59] Aunque el berilio era más caro, más difícil de fabricar y muy tóxico, también era mucho más ligero, lo que supuso un ahorro de 1.100 kilogramos (2.500 libras). Debido al retraso en la preparación de Test Cell C, algunas funciones destinadas a Kiwi C también se incorporaron en Kiwi B2. Estos incluían una boquilla enfriada por hidrógeno líquido en lugar de agua, una nueva turbobomba Rocketdyne y un arranque bootstrap, [26] en el que el reactor se ponía en marcha únicamente con su propia energía. [63]
La prueba del Kiwi B1A, la última prueba en la que se utilizaría hidrógeno gaseoso en lugar de líquido, estaba inicialmente prevista para el 7 de noviembre de 1961. La mañana de la prueba, una válvula con fuga provocó una violenta explosión de hidrógeno que voló las paredes del cobertizo y hirió a varios trabajadores; muchos sufrieron rotura de tímpano y uno se fracturó el hueso del talón. El reactor no sufrió daños, pero el vehículo de pruebas y los instrumentos sufrieron grandes daños, lo que obligó a posponer la prueba durante un mes. Un segundo intento, el 6 de diciembre, fue abortado 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 comenzaron a aparecer incendios de hidrógeno. Todos los termopares funcionaron correctamente, por lo que se obtuvo una gran cantidad de datos útiles. El flujo másico de hidrógeno promedio durante la parte de máxima potencia del experimento fue de 9,1 kilogramos por segundo (20 lb/s). [64] [65]
A continuación, LASL intentó probar Kiwi B2, pero se encontraron fallas estructurales que requirieron un rediseño. Luego la atención se centró en B4, un diseño más radical, pero cuando intentaron colocar los grupos de combustible en el núcleo, se descubrió que los grupos tenían demasiados neutrones y se temió que el reactor pudiera arrancar inesperadamente. El problema se debió a la absorción de agua del aire normalmente seco de Nuevo México durante el almacenamiento. Se corrigió agregando más veneno de neutrones. Después de esto, los elementos combustibles se almacenaron en una atmósfera inerte. La División N decidió entonces realizar pruebas con el motor B1 de respaldo, B1B, a pesar de las graves dudas al respecto basadas en los resultados de la prueba B1A, para obtener más datos sobre el rendimiento y el comportamiento del hidrógeno líquido. [66] [67] Al iniciarse el 1 de septiembre de 1962, el núcleo tembló, pero alcanzó los 880 MW. Los destellos de luz alrededor de la boquilla indicaron que se estaban eyectando bolitas de combustible; más tarde se determinó que habían sido once. En lugar de apagarlo, los probadores rotaron los tambores para compensar y pudieron continuar funcionando a máxima potencia durante unos minutos antes de que un sensor explotara, provocara un incendio y el motor se apagara. Se cumplieron la mayoría, pero no todos, los objetivos de la prueba. [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 aumentó a 210 MW y se mantuvo allí 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 combustibles 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 a presión. [70] A diferencia de un motor químico que probablemente habría explotado después de sufrir daños, el motor permaneció estable y controlable en todo momento. Las pruebas demostraron que un motor de cohete nuclear sería robusto y fiable en el espacio. [67]
Kennedy visitó Los Álamos el 7 de diciembre de 1962 para recibir información sobre el Proyecto Rover. [71] Era la primera vez que un presidente estadounidense 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 y Clinton Anderson. 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 AEC y la NASA pedían 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 personal de LASL, Aerojet y Westinghouse, llevó a cabo una serie de pruebas de reactores de "flujo frío" utilizando elementos combustibles sin material fisionable. Se bombearon nitrógeno, helio e hidrógeno a través del motor para inducir vibraciones. Se determinó que eran causados por la inestabilidad en la forma en que el líquido fluía a través de los espacios entre los elementos combustibles adyacentes. Se realizaron una serie de cambios menores de diseño para abordar el problema de las vibraciones. [73] [74] En la prueba Kiwi B4D el 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 finalizar después de 64 segundos cuando los tubos de las boquillas se rompieron y provocaron una fuga de hidrógeno alrededor de la boquilla que provocó un incendio. El enfriamiento se realizó con hidrógeno y 3266 kilogramos (7200 libras) de gas nitrógeno. En la inspección posterior a la prueba no se encontraron elementos combustibles dañados. [75]
La prueba final fue 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 (937 MW). Esta fue la primera prueba en la que se utilizaron bolitas 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 estos se oxidaban al calentarlos, provocando una pérdida de carbono en forma de gas 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 dio una capa protectora de grafito pirolítico . El 10 de septiembre, se reinició el Kiwi B4E, que funcionó a 882 MW durante dos minutos y medio, lo que demuestra 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 Alamos. 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 adyacentes no interferirían entre sí y, por lo tanto, podrían agruparse, tal como lo hacían a menudo 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 cuánto hidrógeno, necesario para el enfriamiento, puede pasar 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 del Kiwi. LASL decidió llamarla 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 Apolo. Phoebus se topó con la oposición de SNPO, que quería un reactor de 20.000 MW. LASL pensó que se estaban tomando demasiado a la ligera las dificultades de construir y probar un reactor tan grande; solo para construir el diseño de 4.000 MW se requirió una nueva boquilla y una turbobomba mejorada de Rocketdyne. Siguió un prolongado conflicto burocrático. [80]
En marzo de 1963, SNPO y el Centro Marshall de Vuelos Espaciales (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 misiones planetarias interplanetarias tripuladas. expediciones de ida y vuelta (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 posterior, 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. [82] [83]
LASL y SNPO llegaron a un acuerdo para que LASL construyera dos versiones de Phoebus: el pequeño Phoebus I, con un núcleo de 89 centímetros (35 pulgadas) para probar combustibles, materiales y conceptos avanzados, y el más grande de 140 centímetros (55 pulgadas). Phoebus II que serviría como prototipo de NERVA II. Ambos estarían basados en Kiwi. La atención se centró en lograr más potencia de la que era posible con las unidades Kiwi y mantener la potencia máxima durante más tiempo. Los trabajos en Phoebus I se iniciaron en 1963, construyéndose un total de tres motores, denominados 1A, 1B y 1C. [80]
Phoebus 1A fue probado el 25 de junio de 1965 y funcionó a máxima potencia (1.090 MW) durante diez minutos y medio. Desafortunadamente, el ambiente de intensa radiación provocó que uno de los medidores de capacitancia produjera lecturas erróneas. Cuando se enfrentaron a un medidor que decía que el tanque de propulsor de hidrógeno estaba casi vacío y otro que decía que estaba lleno a un cuarto, y sin estar seguros de cuál era el correcto, los técnicos en la sala de control optaron por creer el que decía que estaba lleno a un cuarto. Esta fue la elección equivocada; De hecho, el tanque estaba casi vacío y el propulsor se secó. Sin hidrógeno líquido para enfriarlo, el motor, que funcionaba a 2270 K (2000 °C), se sobrecalentó rápidamente y explotó. Aproximadamente una quinta parte del combustible fue expulsada; la mayor parte del resto se derritió. [80] [84]
El área de prueba se dejó 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 el arado para amontonar la tierra contaminada y poder recogerla. Cuando esto no funcionó, se utilizó una aspiradora de 150 kW (200 hp) para recoger la suciedad. Inicialmente, un robot recogió los fragmentos de la plataforma de prueba, pero fue demasiado lento, y se utilizaron hombres con trajes protectores, que recogieron los pedazos con pinzas y luego los arrojaron en latas de pintura rodeadas de plomo y montadas en plataformas rodantes de ruedas pequeñas. Eso solucionó la contaminación principal; el resto fue desconchado, barrido, fregado, lavado o pintado. Todo el esfuerzo de descontaminación requirió 400 personas y dos meses para completarse y costó 50.000 dólares. La dosis promedio 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 a sus empleados a 5 rems (0,050 Sv) por año. [80]
La siguiente prueba fue de 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 repita el percance que le había ocurrido a Phoebus 1A, se instaló un dewar de almacenamiento criogénico de 30.000 litros (8.000 gal EE.UU.) y alta presión de 5.200 kilopascal (750 psi ) para proporcionar un suministro de emergencia de hidrógeno líquido en caso de que hubiera Fue una falla del sistema primario de suministro de propulsor. Se realizó una segunda prueba el 23 de febrero de 1967, cuando funcionó durante 46 minutos, de los cuales 30 minutos estuvieron 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 esto le siguió una prueba del Phoebus 2A, de mayor tamaño. El 8 de junio de 1968 se realizó un funcionamiento preliminar de baja potencia (2000 MW), luego un funcionamiento a máxima potencia el 26 de junio. El motor estuvo en funcionamiento durante 32 minutos, 12,5 minutos de los cuales superó los 4.000 MW, y se alcanzó una potencia máxima de 4.082 MW. En este punto, 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 de potencia máximo porque en este punto las temperaturas de los segmentos de la banda de sujeción que conectan el núcleo al recipiente a presión alcanzaron su límite de 417 K (144 °C). Se realizó una tercera prueba el 18 de julio, alcanzando una potencia de 1.280 MW, y una cuarta ese mismo día, con una potencia de alrededor de 3.500 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, provocando que de alguna manera perdiera algunas de sus propiedades moderadoras. Alternativamente, hay 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 había transformado parte del parahidrógeno en ortohidrógeno. [88]
Pewee fue la tercera fase del Proyecto Rover. LASL volvió a utilizar nombres de aves y le puso el nombre del pewee norteamericano . Era pequeño, fácil de probar y de tamaño conveniente para misiones científicas interplanetarias sin tripulación o pequeños "remolcadores" nucleares. Su objetivo principal era probar elementos combustibles avanzados sin el gasto de un motor de tamaño completo. Pewee tardó sólo diecinueve meses en desarrollarse desde que la 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), 402 elementos combustibles y 132 elementos de soporte. De los 402 elementos combustibles, 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 recubiertas con carburo de niobio ( NbC ), pero algunas estaban recubiertas con carburo de circonio ( ZrC ); la mayoría también tenía una capa protectora de molibdeno. Existía la preocupación de que un reactor tan pequeño no alcanzara la criticidad , por lo que se añadió hidruro de circonio (un buen moderador) y se aumentó el espesor del reflector de berilio a 20 centímetros (8 pulgadas). Había nueve tambores de control. Todo el reactor, incluida la vasija de presión de aluminio, pesaba 2.570 kilogramos (5.670 libras). [89] [90] [91]
Pewee 1 se puso en marcha tres veces: para su revisión 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 de máxima potencia tuvo dos paradas durante las cuales el reactor funcionó a 503 MW (1,2 MW por elemento combustible). La temperatura media del gas 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 2750 K (2480 °C), otro récord. La prueba demostró que el carburo de circonio 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 de NERVA. También lo fue la densidad de potencia media de 2.340 MW/m 3 ; la densidad máxima alcanzó los 5.200 MW/m 3 . Esto era un 20% más alto que 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 solucionar el problema del sobrecalentamiento. En 1970, Pewee 2 fue preparado en la celda de prueba C para una serie de pruebas. LASL planeó realizar doce carreras a máxima potencia a 2427 K (2154 °C), cada una con una duración de diez minutos, con un tiempo de reutilización de 540 K (267 °C) entre cada prueba. SNPO ordenó a LASL que devolviera a Pewee a E-MAD. [89] El problema era la Ley de Política Ambiental Nacional (NEPA), que el presidente Richard Nixon había promulgado el 1 de enero de 1970. [92] La SNPO creía que las emisiones radiactivas estaban dentro de las directrices y no tendrían efectos ambientales adversos. pero un grupo ambientalista afirmó lo contrario. [89] La 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. Esto se probaría horizontalmente, con un depurador para eliminar los productos de fisión del penacho de escape. También planeó un Pewee 4 para probar combustibles y un Pewee 5 para probar postquemadores. Ninguna de estas pruebas se llevó a cabo nunca. [89]
El horno nuclear era un reactor pequeño de sólo una décima parte del tamaño de Pewee y estaba destinado a proporcionar un medio económico para realizar pruebas. Originalmente iba a usarse en Los Álamos, pero el costo de crear un sitio de prueba adecuado era mayor que el de usar 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 combustibles hexagonales. De ellas, 47 eran pilas de combustible "compuestas" de carburo de uranio y carburo de circonio y dos contenían un grupo de siete elementos de pilas de combustible de carburo de uranio y circonio puro de un solo orificio. Ninguno de los dos tipos había sido probado previamente en un reactor de propulsión de cohetes nucleares. En total, se trataba de unos 5 kg de uranio-235 altamente enriquecido (93%). Para lograr la criticidad con tan poco combustible, el reflector de berilio tenía más de 36 centímetros (14 pulgadas) de espesor. Cada pila de combustible tenía su propia camisa de agua de refrigeración y moderación. Se utilizó hidrógeno gaseoso en lugar de líquido para ahorrar dinero. 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 máxima potencia (44 MW) y una temperatura del gas de salida del combustible de 2.444 K (2.171 °C) durante un total de 108,8 minutos. El NF-1 funcionó 121,1 minutos con una temperatura del gas de salida de combustible superior a 2222 K (1949 °C). También alcanzó una densidad de potencia promedio de 4.500 a 5.000 MW/m 3 con temperaturas de hasta 2.500 K (2.230 °C). [95] El depurador funcionó bien, aunque se filtró algo de kriptón-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 compuestas funcionarían de dos a seis horas a 2500 a 2800 K (2230 a 2530 °C), mientras que los combustibles de carburo darían un rendimiento similar a 3000 a 3200 K (2730 a 2930 °C). asumiendo que los problemas de agrietamiento podrían superarse con un diseño mejorado. Durante diez horas de funcionamiento, la matriz de grafito se limitaría a 2200 a 2300 K (1930 a 2030 °C), el compuesto podría alcanzar 2480 K (2210 °C) y el carburo puro a 3000 K (2730 °C). ). Así, el programa de pruebas concluyó con tres formas viables de pila de combustible. [94]
En mayo de 1961, Kennedy dio su aprobación a las pruebas de reactores en vuelo (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 RIFT de la NASA preveía que hasta cuatro reactores cayeran al Océano Atlántico. LASL tuvo que determinar qué pasaría si un reactor impactara el agua a varios miles de kilómetros por hora. En particular, necesitaba saber si entraría en estado 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. [96]
LASL comenzó sumergiendo elementos combustibles 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 ingreso de agua a 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 a presión estaba abollado y muchos elementos combustibles estaban agrietados, pero los cálculos mostraron que no llegaría a un estado crítico ni explotaría. Sin embargo, RIFT involucró a NERVA sentada encima de un cohete Saturn V de 91 metros (300 pies) de altura. Para saber qué pasaría 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 el núcleo efectivamente llegaría a un punto crítico y explotaría, con una fuerza equivalente a aproximadamente 2 kilogramos (4,4 libras) de alto explosivo, lo que probablemente sería insignificante en comparación con el daño causado por una explosión. refuerzo. Es preocupante que esto fuera mucho menor que los 11 kilogramos (25 libras) que se predijeron teóricamente, lo que indica que el modelo matemático era deficiente. [96]
Cuando se determinó que NERVA no era necesario para el Apolo y, por lo tanto, no sería necesario hasta la década de 1970, RIFT se pospuso, [72] y luego se canceló por completo en diciembre de 1963. Aunque se discutió con frecuencia su restablecimiento, nunca ocurrió. [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 provocar una explosión nuclear, a LASL le preocupaba 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 devastadora explosión buscada, por lo que para Kiwi-TNT se modificaron para girar a 4.000° por segundo. La prueba se llevó a cabo el 12 de enero de 1965. Kiwi-TNT se montó en un vagón de ferrocarril de plataforma, apodado Toonerville Trolley, y se estacionó a 190 metros (630 pies) de la celda de prueba C. Los tambores se giraron al máximo a 4000 °. por segundo y el calor vaporizó parte del grafito, lo que provocó una colorida explosión que envió elementos combustibles a volar por el aire, seguida 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 (2600 pies) en el aire y se desvió hacia el suroeste, y finalmente sopló sobre Los Ángeles y mar adentro. Fue rastreado por dos aviones del Servicio de Salud Pública (PHS) que tomaron muestras. El PHS entregó dosímetros de película a las personas que vivían en el borde del área de prueba y tomó muestras de leche de las granjas lecheras en el camino de la nube. Revelaron que la exposición de las personas que vivían fuera del sitio de pruebas de Nevada era insignificante. La lluvia radiactiva en el suelo también se disipó rápidamente. Los equipos de búsqueda recorrieron la zona recogiendo escombros. El más grande era un trozo del recipiente a presión que pesaba 67 kilogramos (148 libras) y 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 de 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 pedazos pequeños, por lo que había 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, por lo que abandonó el Sistema Solar por completo o regresó siglos después, momento en el cual la mayor parte de la radiactividad se habría desintegrado. La Unión Soviética protestó por la prueba, alegando que se trataba de una prueba nuclear que violaba el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares , pero Estados Unidos respondió que se trataba de una prueba subcrítica que no implicaba ninguna explosión. Sin embargo, el Departamento de Estado estaba muy descontento con la designación Kiwi-TNT de LASL, ya que implicaba una explosión y hacía más difícil acusar a los soviéticos de violar el tratado. [98]
Hubo tres accidentes fatales durante el Proyecto Rover. Un trabajador murió en un accidente automovilístico. Otro murió por quemaduras después de verter gasolina sobre cintas de computadora clasificadas y prenderles fuego para deshacerse de ellas. Un tercero ingresó a un tanque de nitrógeno y murió asfixiado. [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) desafiaron a Rover por su costo, pero este impulso fue derrotado por la JCAE, donde Rover contó con el apoyo incondicional de Anderson y Howard . Cannon en el Senado y Overton Brooks y James G. Fulton en la Cámara . [100] PSAC y BOB lo intentaron nuevamente en 1964; Se recortaron las solicitudes presupuestarias de la NASA, pero Rover salió intacto. [101]
A finales de la década de 1960, el costo creciente de la guerra de Vietnam aumentó la presión sobre los presupuestos. Los miembros recién elegidos de la Cámara miraron a Rover y NERVA con ojo crítico, viéndolos como una puerta de entrada a un costoso programa abierto de exploración del espacio profundo posterior al Apolo. 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 (quien reemplazó 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. [102]
El Congreso retiró los fondos a NERVA II en el presupuesto de 1967, pero Johnson necesitaba el apoyo de Anderson para su legislación sobre 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 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 , que había recortado 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. AEC y NASA consintieron, 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. Entre 1976 y 1980 se produjo una rara alineación de los planetas que ocurre cada 174 años, 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 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. 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]
La presión para reducir costos aumentó después de que Nixon reemplazó 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 Saturn V, [107] pero NERVA permaneció. Klein respaldó un plan mediante el cual el transbordador espacial ponía en órbita un motor NERVA y luego regresaba por el combustible y la carga útil. Esto podría repetirse, ya que el motor NERVA se podía reiniciar. [105] [108] NERVA conservó el firme apoyo de Anderson, Cannon y Smith, pero Anderson estaba envejeciendo y cansándose, 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, con fondos provenientes 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 transporte supersónico Boeing 2707 . Fue una derrota sorprendente para el presidente. [110] En el presupuesto para el año fiscal 1972, se recortó la financiación para el transbordador, pero NERVA sobrevivió. [111] Aunque su solicitud de presupuesto fue de sólo $17,4 millones, el Congreso asignó $69 millones; Nixon gastó sólo 29 millones de dólares. [109] [un]
En 1972, el Congreso volvió a apoyar a NERVA. Una coalición bipartidista encabezada por Smith y Cannon asignó 100 millones de dólares; Se estimó que un motor NERVA que cabría dentro de la bahía de carga del transbordador 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 (y por tanto Rover) había sido desmantelado. [112]
El personal de LASL y de la Oficina de Sistemas Nucleares Espaciales (SNSO), como se cambió el nombre a SNPO en 1970, [113] quedaron atónitos; el proyecto de construir un pequeño NERVA que pudiera transportarse a bordo del transbordador espacial avanzaba bien. Los despidos comenzaron inmediatamente y la SNSO fue abolida 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 ningún cohete de propulsión nuclear ha volado jamás. [114]
En 1983, la Iniciativa de Defensa Estratégica ("Star Wars") identificó misiones que podrían beneficiarse de cohetes más potentes que los químicos, y algunas que sólo podrían llevarse a cabo con ese tipo de cohetes. [115] 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 guijarros , un concepto desarrollado por James R. Powell en el Laboratorio Nacional Brookhaven , que prometía temperaturas más altas y un rendimiento mejorado con respecto a NERVA. [116] De 1987 a 1991 fue financiado como un proyecto secreto con el nombre en código Proyecto Timber Wind . [117]
El cohete propuesto se amplió posteriormente a un diseño más grande después de que el proyecto fuera transferido 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 SNTP ofrecía una mejora insuficiente con respecto a los cohetes nucleares desarrollados por Project Rover y no era requerido por ninguna misión SEI. El programa SNTP finalizó en enero de 1994, [116] después de gastarse unos 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 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 nucleares, [120] en comparación con 8 a 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 Mars Design Reference Architecture (DRA), [123] y el 22 de mayo de 2019, el Congreso aprobó 125 millones de dólares en financiación 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 tripulados. Misiones de la NASA a Marte. [126]
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Con el cierre de 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 severa en 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 de dólares en actividades de limpieza. [129] Los elementos altamente contaminados retirados 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 para su eliminación unos 5.563 metros cúbicos (7.276 yardas cúbicas) de suelo contaminado y 4.250 metros cúbicos (5.560 yardas cúbicas) de metal y hormigón contaminados. Otros 631 metros cúbicos (825 yardas cúbicas) de metal y equipos 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 que incluían asbesto y láminas que rodeaban conductos eléctricos que contenían niveles de cadmio superiores a los límites del vertedero. Se encontró que la pintura contenía bifenilo policlorado (PCB), pero no por encima de los límites del vertedero. Se encontraron y retiraron alrededor de 27 toneladas (30 toneladas cortas) de ladrillos de plomo en varios lugares. También se encontraron algunos rastros de uranio y plutonio. El principal desafío fue la demolición del muro de hormigón que contenía restos 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 R-MAD comenzó en octubre de 2009 y finalizó en agosto de 2010. [132]
Fuente: [1]
