SNAP-10A ( Systems for Nuclear Auxiliary Power , [3] también conocido como Snapshot for Space Nuclear Auxiliary Power Shot , también conocido como OPS 4682 [4] ) fue un satélite nuclear experimental estadounidense lanzado al espacio en 1965 [5] como parte del programa SNAPSHOT. [6] [4] La prueba marcó tanto la primera operación del mundo de un reactor nuclear en órbita, [7] [8] como la primera operación de un sistema de propulsión iónica en órbita. Es el único sistema de energía de reactor de fisión lanzado al espacio por los Estados Unidos. [9] El reactor dejó de funcionar después de solo 43 días debido a una falla de un componente eléctrico no nuclear. [10] El reactor del Programa de Energía Auxiliar Nuclear de Sistemas se desarrolló específicamente para uso satelital en la década de 1950 y principios de la de 1960 bajo la supervisión de la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos . [11] [12]
El programa de Sistemas para Energía Nuclear Auxiliar (SNAP) se desarrolló como resultado del Proyecto Feedback, un estudio de la Corporación Rand sobre satélites de reconocimiento completado en 1954. [13] Como algunos de los satélites propuestos tenían demandas de alta potencia, algunas de hasta unos pocos kilovatios, la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos (AEC) solicitó una serie de estudios de plantas de energía nuclear a la industria en 1951. Completados en 1952, estos estudios determinaron que las plantas de energía nuclear eran técnicamente factibles para su uso en satélites. [14] : 5
En 1955, la AEC inició dos proyectos de energía nuclear SNAP paralelos. Uno, contratado con The Martin Company, utilizó la desintegración radioisotópica como fuente de energía para sus generadores. Estas plantas recibieron designaciones SNAP impares comenzando con SNAP-1. El otro proyecto utilizó reactores nucleares para generar energía y fue desarrollado por la División Internacional Atómica de North American Aviation . Sus sistemas recibieron designaciones SNAP pares, siendo el primero SNAP-2. [14] : 5
El SNAP-10A fue el primer sistema de energía de reactor nuclear de Atomics International construido para su uso en el espacio. El SNAP-10A, que evolucionó a partir del diseño de 300 vatios del SNAP-10, cumplía con un requisito del Departamento de Defensa de 1961 de un sistema de 500 vatios. [14] : 5, 7
La mayor parte del desarrollo de los sistemas y las pruebas del reactor se llevaron a cabo en el Laboratorio de Campo de Santa Susana , en el condado de Ventura, California, utilizando una serie de instalaciones especializadas. [15]
El SNAP-10A tiene tres componentes principales: (1) un reactor de fisión compacto que genera calor, (2) un convertidor de energía que transforma parte del calor en electricidad y (3) un radiador que irradia el calor que no se puede utilizar. [14]
El reactor mide 39,62 cm (15,6 pulgadas) de largo, 22,4 cm (8,8 pulgadas) de diámetro y contiene 37 barras de combustible que contienen 235 U como combustible de hidruro de uranio y circonio . [16] El reactor SNAP-10A fue diseñado para una potencia térmica de 30 kW y sin blindaje pesa 650 lb (290 kg). El reactor se puede identificar en la parte superior de la unidad SNAP-10A. [17]
Se colocaron reflectores alrededor del exterior del reactor para proporcionar los medios para controlarlo. Los reflectores estaban compuestos por una capa de berilio, que reflejaría neutrones, lo que permitiría que el reactor comenzara y mantuviera el proceso de fisión. Los reflectores se mantenían en su lugar mediante una banda de retención anclada por un perno explosivo . Cuando el reflector era expulsado de la unidad, el reactor no podía sostener la reacción de fisión nuclear y el reactor se apagaba permanentemente. [ cita requerida ]
La aleación eutéctica de sodio y potasio ( NaK ) se utilizó como refrigerante en el SNAP-10A. El NaK se hizo circular a través del núcleo y los convertidores termoeléctricos mediante una bomba de conducción de corriente continua de metal líquido . Los convertidores termoeléctricos (identificados como el "delantal" blanco largo) son materiales de silicio-germanio dopados, acoplados térmicamente, pero aislados eléctricamente del medio de transferencia de calor NaK. La diferencia de temperatura entre el NaK en un lado del convertidor termoeléctrico y el frío del espacio en el otro creó un potencial eléctrico y electricidad utilizable. [18]
El SNAP-10A fue lanzado desde la base aérea de Vandenberg por un cohete ATLAS Agena D el 3 de abril de 1965 a una altitud de órbita baja terrestre de aproximadamente 1.300 km. Se encuentra en una órbita polar ligeramente retrógrada [19] , lo que aseguró que las etapas gastadas del cohete aterrizaran en el océano. Su fuente eléctrica nuclear, compuesta por elementos termoeléctricos, estaba destinada a producir más de 500 vatios de energía eléctrica durante un año. [20] [21] Después de 43 días, un regulador de voltaje a bordo dentro de la nave espacial, no relacionado con el reactor SNAP, falló, lo que provocó que el núcleo del reactor se apagara, después de alcanzar una salida máxima de 590 vatios. [16] [22]
Después del fallo del sistema de 1965, el reactor quedó en una órbita terrestre de 1.300 kilómetros (700 millas náuticas) durante una duración prevista de 4.000 años. [11] [23] [24]
En noviembre de 1979, el vehículo comenzó a desprenderse y acabó perdiendo 50 piezas de escombros rastreables . Se desconocen las razones, pero la causa podría haber sido una colisión. Aunque el cuerpo principal permanece en su lugar, es posible que se haya liberado material radiactivo. Una investigación posterior, publicada en 2008 y basada en datos de Haystack , sugiere que hay otras 60 o más piezas de escombros de tamaño <10 cm. [22] [25]
La prueba SNAPSHOT incluyó un propulsor de iones de cesio como carga útil secundaria, la primera prueba de un sistema de propulsión de nave espacial propulsado eléctricamente para operar en órbita (después de la prueba suborbital SERT-1 en 1964). La fuente de alimentación de haz de iones se hizo funcionar a 4500 V y 80 mA para producir un empuje de aproximadamente 8,5 mN. [6] El motor de iones debía funcionar con baterías durante aproximadamente una hora, y luego las baterías debían cargarse durante aproximadamente 15 horas utilizando 0,1 kW del sistema SNAP de 0,5 kW nominales como fuente de alimentación. El motor de iones funcionó durante un período de menos de 1 hora antes de que se le ordenara apagarlo permanentemente. El análisis de los datos de vuelo indicó una cantidad significativa de averías de alto voltaje, y esto aparentemente causó interferencia electromagnética (EMI), lo que provocó perturbaciones de actitud de la nave espacial. Las pruebas en tierra indicaron que el arco del motor produjo EMI conducida y radiada significativamente por encima de los niveles de diseño. [ cita requerida ]
El programa del reactor SNAP requirió un programa de seguridad y condujo a la creación del Programa de Seguridad Nuclear Aeroespacial. El programa se estableció para evaluar los riesgos nucleares asociados con la construcción, el lanzamiento, el funcionamiento y la eliminación de los sistemas SNAP y para desarrollar diseños que garantizaran su seguridad radiológica. [ cita requerida ]
Atomics International era el principal responsable de la seguridad, mientras que Sandia National Laboratories era responsable de la Revisión Independiente de Seguridad Aeroespacial y llevó a cabo muchas de las pruebas de seguridad. Antes de permitir el lanzamiento, se debía obtener una prueba de que, en todas las circunstancias, el lanzamiento del reactor no representaría una amenaza grave. [ cita requerida ]
Se completaron con éxito diversas pruebas y hay varios videos del desarrollo y las pruebas disponibles para su visualización. [26] El Laboratorio Nacional de Idaho realizó tres pruebas destructivas de reactores nucleares SNAP en el Área de Pruebas Norte antes del lanzamiento de SNAP-10A. [27] El experimento destructivo SNAPTRAN-3, el 1 de abril de 1964, simuló un choque de cohete en el océano, enviando deliberadamente desechos radiactivos a través del desierto de Idaho.
Las pruebas y el desarrollo de materiales radiactivos provocaron contaminación ambiental en las instalaciones del antiguo Laboratorio de Campo Santa Susana (SSFL) de Atomics International. El Departamento de Energía de los Estados Unidos es responsable de la identificación y limpieza de la contaminación radiactiva. (El SSFL también se utilizó para las pruebas y el desarrollo no relacionados de motores de cohetes por parte de Rocketdyne , principalmente para la NASA ). El sitio web del DOE que respalda la limpieza del sitio [28] detalla el desarrollo histórico de la energía nuclear en el SSFL, incluida información adicional sobre pruebas y desarrollo de SNAP.
Atomics International también desarrolló y probó otros reactores nucleares compactos, entre ellos el reactor experimental SNAP (SER), el SNAP-2, el reactor de desarrollo SNAP-8 (SNAP8-DR) y el reactor experimental SNAP-8 (SNAP-8ER) en el laboratorio de campo de Santa Susana (véase el artículo sobre sistemas para la energía nuclear auxiliar ). Atomics International también construyó y operó el reactor experimental de sodio , la primera planta de energía nuclear de Estados Unidos en suministrar electricidad a un sistema de energía pública. [29] [30]
Hasta 2010 [actualizar], se han enviado al espacio más de 30 reactores nucleares con sistemas de energía de fisión pequeños en satélites RORSAT soviéticos ; además, se han utilizado más de 40 generadores termoeléctricos de radioisótopos en todo el mundo (principalmente en EE. UU. y la URSS) en misiones espaciales. [11]
Energía nuclear espacial: desde 1961, los EE. UU. han volado más de 40 generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) con un historial operativo esencialmente perfecto. Los detalles de estos RTG y las misiones que han impulsado se han revisado exhaustivamente en la literatura abierta. Los EE. UU. han volado solo un reactor, que se describe a continuación. La Unión Soviética ha volado solo 2 RTG y había mostrado preferencia por usar pequeños sistemas de energía de fisión en lugar de RTG. La URSS tenía un programa de energía de fisión espacial más agresivo que los EE. UU. y tenía en funcionamiento más de 30 reactores. Aunque estaban diseñados para una vida útil corta, el programa demostró el uso exitoso de diseños y tecnologías comunes.
Inclinación: 90,3084°– un objeto con una inclinación entre 90 y 180 grados está en una órbita retrógrada.
