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 experimental estadounidense de propulsión nuclear lanzado al espacio en 1965 [5] como parte del Programa INSTANTÁNEA. [6] [4] La prueba marcó la primera operación en el mundo de un reactor nuclear en órbita, [7] [8] y la primera operación de un sistema de propulsor de iones en órbita. Es el único sistema de energía de reactor de fisión lanzado al espacio por Estados Unidos. [9] El reactor dejó de funcionar después de sólo 43 días debido a una falla en un componente eléctrico no nuclear. [10] El reactor del Programa de Energía Auxiliar Nuclear de Sistemas fue desarrollado específicamente para uso satelital en los años 1950 y principios de los 1960 bajo la supervisión de la Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos . [11] [12]
El programa Systems for Nuclear Auxiliary Power (SNAP) se desarrolló como resultado del Project Feedback, un estudio de Rand Corporation sobre satélites de reconocimiento completado en 1954. [13] Como algunos de los satélites propuestos tenían altas demandas de energía, algunos de hasta unos pocos kilovatios , la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos (AEC) solicitó a la industria una serie de estudios sobre plantas de energía nuclear. 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 paralelos de energía nuclear SNAP. Uno de ellos, contratado por The Martin Company, utilizaba la desintegración radioisotópica como fuente de energía para sus generadores. Estas plantas recibieron designaciones SNAP con números impares que comenzaron con SNAP-1. El otro proyecto utilizó reactores nucleares para generar energía y fue desarrollado por la División Internacional Atómica de la Aviación Norteamericana . Sus sistemas recibieron designaciones SNAP con números pares, siendo el primero SNAP-2. [14] : 5
SNAP-10A fue el primer sistema de energía de reactor nuclear de Atomics International construido para su uso en el espacio. Una evolución del diseño SNAP-10 de 300 vatios, SNAP-10A cumplió con un requisito del Departamento de Defensa de 1961 para un sistema de 500 vatios. [14] : 5, 7
La mayor parte del desarrollo de sistemas y las pruebas del reactor se llevaron a cabo en el Laboratorio de campo de Santa Susana , condado de Ventura, California, utilizando varias 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 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-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 dispusieron reflectores alrededor del exterior del reactor para proporcionar los medios para controlar el reactor. Los reflectores estaban compuestos por una capa de berilio, que reflejaría los neutrones, permitiendo así que el reactor iniciara 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 fue expulsado de la unidad, el reactor no pudo sostener la reacción de fisión nuclear y el reactor se apagó permanentemente. [ cita necesaria ]
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 dopados con silicio y germanio, acoplados térmicamente, pero aislados eléctricamente del medio de transferencia de calor NaK. La diferencia de temperatura entre el NaK de un lado del convertidor termoeléctrico y el frío del espacio del otro creó un potencial eléctrico y electricidad utilizable. [18]
SNAP-10A fue lanzado desde la Base de la Fuerza Aérea de Vandenberg mediante un cohete ATLAS Agena D el 3 de abril de 1965 a una altitud de órbita terrestre baja de aprox. 1.300 kilómetros. Se encuentra en una órbita polar ligeramente retrógrada [19] , lo que permitió que las etapas gastadas del cohete aterrizaran en el océano. Su fuente eléctrica nuclear, formada por elementos termoeléctricos, debía 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 potencia máxima de 590 vatios. [16] [22]
Después del fallo del sistema en 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 finalmente perdió 50 piezas de escombros rastreables . Se desconocen los motivos, 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 otros 60 o más trozos de escombros de un 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 una nave espacial propulsada eléctricamente para operar en órbita (después de la prueba suborbital SERT-1 en 1964). La fuente de alimentación del haz de iones se operó 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 nominal de 0,5 kW como fuente de alimentación. El motor de iones funcionó durante un período de menos de 1 hora antes de ser apagado permanentemente. El análisis de los datos de vuelo indicó un número significativo de averías de alto voltaje, y esto aparentemente causó interferencia electromagnética (EMI), provocando perturbaciones en la actitud de la nave espacial. Las pruebas en tierra indicaron que el arco producido por el motor conducía e irradiaba EMI significativamente por encima de los niveles de diseño. [ cita necesaria ]
El programa del reactor SNAP requirió un programa de seguridad y condujo al inicio del Programa de Seguridad Nuclear Aeroespacial. El programa se estableció para evaluar los peligros nucleares asociados con la construcción, lanzamiento, operación y eliminación de sistemas SNAP y desarrollar diseños para garantizar su seguridad radiológica. [ cita necesaria ]
Atomics International tenía la responsabilidad principal de la seguridad, mientras que Sandia National Laboratories era responsable de la Revisión Independiente de Seguridad Aeroespacial y realizaba muchas de las pruebas de seguridad. Antes de permitir el lanzamiento, era necesario obtener pruebas de que, en todas las circunstancias, el lanzamiento del reactor no supondría una amenaza grave. [ cita necesaria ]
Se completaron con éxito una variedad de pruebas y hay varios videos del desarrollo y las pruebas disponibles para su visualización. [26] El Laboratorio Nacional de Idaho llevó a cabo 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 el impacto de un cohete en el océano, enviando deliberadamente desechos radiactivos a través del desierto de Idaho.
Las pruebas y desarrollo con materiales radiactivos causaron 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 fue utilizado por Rocketdyne para pruebas y desarrollo no relacionados de motores de cohetes 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 SSFL, incluida información adicional sobre pruebas y desarrollo de SNAP.
Atomics International también desarrolló y probó otros reactores nucleares compactos, incluidas las unidades del reactor experimental SNAP (SER), SNAP-2, el reactor de desarrollo SNAP-8 (SNAP8-DR) y el reactor experimental SNAP-8 (SNAP-8ER) en el campo de Santa Susana. Laboratorio (ver artículo Sistemas de Energía Auxiliar Nuclear ). Atomics International también construyó y operó el Experimento del Reactor de Sodio , la primera central nuclear estadounidense en suministrar electricidad a un sistema público de energía. [29] [30]
Hasta 2010 [actualizar], más de 30 pequeños reactores nucleares con sistemas de energía de fisión han sido enviados al espacio en satélites soviéticos RORSAT ; Además, se han utilizado en todo el mundo (principalmente en Estados Unidos y la URSS) más de 40 generadores termoeléctricos de radioisótopos en misiones espaciales. [11]
Energía nuclear espacial: Desde 1961, Estados Unidos ha instalado más de 40 generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) con un historial operativo esencialmente perfecto.
Los detalles específicos de estos RTG y las misiones que han impulsado se han revisado exhaustivamente en la literatura abierta.
Estados Unidos ha hecho volar sólo un reactor, que se describe a continuación.
La Unión Soviética ha volado sólo dos RTG y ha mostrado preferencia por utilizar pequeños sistemas de energía de fisión en lugar de RTG.
La URSS tenía un programa de energía de fisión espacial más agresivo que el de Estados Unidos y tenía más de 30 reactores.
Aunque fueron diseñados para una vida útil corta, el programa demostró el uso exitoso de diseños y tecnología comunes.
Inclinación: 90,3084°– un objeto con una inclinación entre 90 y 180 grados está en una órbita retrógrada.
