El programa SNAP ( Systems Nuclear Auxiliary POWER ) fue un programa de generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) experimentales y reactores nucleares espaciales utilizados durante la década de 1960 por la NASA .
El programa SNAP se desarrolló como resultado del Proyecto Feedback, un estudio de la Corporación Rand sobre satélites de reconocimiento completado en 1954. [1] 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. [2] : 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 Atómica Internacional de North American Aviation . Sus sistemas recibieron designaciones SNAP pares, siendo el primero SNAP-2. [2] : 5
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. [3]
Los generadores termoeléctricos de radioisótopos utilizan el calor de la desintegración radiactiva para producir electricidad. [ cita requerida ]
SNAP-1 era una plataforma de prueba que nunca se puso en funcionamiento y que utilizaba cerio-144 en un ciclo Rankine con mercurio como fluido de transferencia de calor . Funcionó con éxito durante 2500 horas. [4]
El SNAP-3 fue el primer RTG utilizado en una misión espacial (1961). Fue lanzado a bordo de los satélites de navegación Transit 4A y 4B de la Armada de los EE. UU . La potencia eléctrica de este RTG era de 2,5 vatios. [4]
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SNAP-7A, D y F fueron diseñados para aplicaciones marinas como faros y boyas; [5] al menos seis unidades fueron desplegadas a mediados de la década de 1960, con los nombres SNAP-7A a SNAP-7F. SNAP-7D produjo treinta vatios de electricidad [6] utilizando 225 kilocurios (8,3 PBq ) [5] (alrededor de cuatro kilogramos) de estroncio-90 como SrTiO 3 . Se trataba de unidades muy grandes, con un peso de entre 1.870 y 6.000 libras (850 y 2.720 kg). [4]
Después del SNAP-3 en el Transit 4A/B, las unidades SNAP-9A sirvieron a bordo de muchos satélites de la serie Transit. En abril de 1964, un SNAP-9A no logró entrar en órbita y se desintegró, dispersando aproximadamente 1 kilogramo (2,2 libras) de plutonio-238 en todos los continentes. La mayor parte del plutonio cayó en el hemisferio sur. Se estima que se liberaron 6300 GBq o 2100 Sv-persona de radiación. [7] [8] [9] [10]
SNAP-11 era un RTG experimental destinado a alimentar las sondas Surveyor durante la noche lunar. Los RTG de curio-242 habrían producido 25 vatios de electricidad utilizando 900 vatios de energía térmica durante 130 días. La temperatura de la unión caliente era de 925 °F (496 °C; 769 K), la temperatura de la unión fría era de 350 °F (177 °C; 450 K). Tenían un sistema de control térmico de NaK líquido y un obturador móvil para eliminar el exceso de calor. [11] [12] No se utilizaron en las misiones Surveyor. [ cita requerida ]
En general, el bloque de combustible SNAP 11 es una unidad cilíndrica de múltiples materiales que ocupa el volumen interno del generador. La cápsula de combustible TZM (aleación de molibdeno), alimentada con curio-242 ( Cm2O3 en una matriz de iridio), está ubicada en el centro del bloque de combustible. La cápsula está rodeada por una esfera de platino, de aproximadamente 2+1 ⁄ 4 pulgadas de diámetro, que proporciona protección y actúa como un absorbedor de energía para consideraciones de impacto. Este conjunto está encerrado en subconjuntos de grafito y berilio para proporcionar la distribución térmica adecuada y protección ablativa. [12]
El SNAP-19(B) fue desarrollado para el satélite Nimbus-B por la División Nuclear de la Compañía Martin-Marietta [13] (ahora Teledyne Energy Systems). Alimentados con plutonio-238, dos generadores de termopar de telururo de plomo en paralelo produjeron un máximo inicial de aproximadamente 30 vatios de electricidad. [14] El Nimbus 3 utilizó un SNAP-19B con el combustible recuperado del intento Nimbus-B1. [15]
Los SNAP-19 impulsaron las misiones Pioneer 10 y Pioneer 11. [16] Utilizaron elementos termoeléctricos 2N-PbTe de tipo n y TAGS-85 de tipo p. [17]
Se utilizaron SNAP-19B modificados para los módulos de aterrizaje Viking 1 y Viking 2. [18]
Se utilizó un SNAP-19C para alimentar un sistema de telemetría en Nanda Devi, en Uttarakhand, para una operación de la CIA destinada a rastrear los lanzamientos de misiles chinos. [19]
SNAP-21 [20] y SNAP-23 fueron diseñados para uso submarino [5] [21] y utilizaban estroncio-90 como fuente radiactiva, encapsulado como óxido de estroncio o titanato de estroncio . Producían unos diez vatios de electricidad.
Cinco unidades SNAP-27 proporcionaron energía eléctrica a los Paquetes de Experimentos de Superficie Lunar Apolo (ALSEP) dejados en la Luna por las Apolo 12 , 14 , 15 , 16 y 17. La fuente de alimentación SNAP-27 pesaba unos 20 kilogramos, tenía 46 cm de largo y 40,6 cm de diámetro. Consistía en una cápsula de combustible central rodeada de anillos concéntricos de termopares. Fuera de los termopares había un conjunto de aletas para proporcionar rechazo de calor del lado frío del termopar. Cada uno de los dispositivos SNAP produjo aproximadamente 75 W de energía eléctrica a 30 VCC. La fuente de energía para cada dispositivo era una barra de plutonio-238 que proporcionaba una potencia térmica de aproximadamente 1250 W. [22] Esta cápsula de combustible, que contenía 3,8 kilogramos (8,4 lb) de plutonio-238 en forma de óxido (44.500 Ci o 1,65 PBq ), fue transportada a la Luna en un barril de combustible separado unido al costado del Módulo Lunar . El barril de combustible proporcionó aislamiento térmico y agregó soporte estructural a la cápsula de combustible. En la Luna, el piloto del Módulo Lunar sacó la cápsula de combustible del barril y la insertó en el RTG.
Estas estaciones transmitieron información sobre terremotos lunares e impactos de meteoritos, campos magnéticos y gravitacionales lunares, temperatura interna de la Luna y atmósfera lunar durante varios años después de las misiones. Después de diez años, una SNAP-27 todavía producía más del 90% de su potencia inicial de 75 vatios.
El contenedor de combustible de la unidad SNAP-27 transportado por la misión Apolo 13 se encuentra actualmente a 6.100 m (20.000 pies) de profundidad en el fondo de la fosa de Tonga , en el océano Pacífico . Esta misión no logró aterrizar en la Luna y el módulo lunar que transportaba su generador se quemó durante el reingreso a la atmósfera terrestre, con la trayectoria dispuesta de modo que el contenedor aterrizara en la fosa. El contenedor sobrevivió al reingreso, como estaba diseñado para hacerlo, [23] y no se ha detectado ninguna liberación de plutonio. Se espera que los materiales resistentes a la corrosión de la cápsula lo contengan durante 10 vidas medias (870 años). [24]
Los SNAP, de número par, son una serie de reactores nucleares compactos destinados al uso espacial y fueron desarrollados para el gobierno de los EE. UU. por la división Atomics International de North American Aviation . [ cita requerida ]
El reactor experimental SNAP (SER) fue el primer reactor construido según las especificaciones establecidas para aplicaciones de satélites espaciales. El SER utilizaba hidruro de uranio y circonio como combustible y aleación eutéctica de sodio y potasio ( NaK ) como refrigerante y funcionaba a aproximadamente 50 kW térmicos. El sistema no tenía conversión de energía, pero utilizaba un sistema secundario de chorro de aire caliente para disipar el calor a la atmósfera. El SER utilizaba un dispositivo moderador de reflector de reactor similar al SNAP-10A, pero con un solo reflector. Se alcanzó la criticidad en septiembre de 1959 y el apagado final se completó en diciembre de 1961. El proyecto se consideró un éxito. Dio confianza continua en el desarrollo del Programa SNAP y también condujo a una investigación en profundidad y al desarrollo de componentes. [ cita requerida ]
El reactor de desarrollo SNAP-2 fue el segundo reactor SNAP construido. Este dispositivo utilizaba combustible de hidruro de uranio y circonio y tenía una potencia de reactor de diseño de 55 kW t . Fue el primer modelo en utilizar un conjunto de control de vuelo y se probó desde abril de 1961 hasta diciembre de 1962. El concepto básico era que la energía nuclear sería una fuente de energía a largo plazo para las cápsulas espaciales tripuladas. Sin embargo, la cápsula de la tripulación tenía que estar protegida de la radiación mortal que emanaba del reactor nuclear. Rodear el reactor con un escudo de radiación estaba fuera de cuestión. Sería demasiado pesado para lanzarlo con los cohetes disponibles en ese momento. Para proteger a la "tripulación" y la "carga útil", el sistema SNAP-2 utilizó un "escudo de sombra". El escudo era un cono truncado que contenía hidruro de litio . El reactor estaba en el extremo pequeño y la cápsula de la tripulación/carga útil estaba a la sombra del extremo grande. [25]
Se realizaron estudios sobre el reactor, los componentes individuales y el sistema de soporte. Atomics International, una división de North American Aviation, realizó el trabajo de desarrollo y prueba. La unidad de desarrollo del escudo SNAP-2 fue responsable del desarrollo del escudo contra la radiación. Crear el escudo significó fundir hidruro de litio y moldearlo en la forma requerida. La forma era un gran cono truncado. El hidruro de litio fundido tuvo que verterse en el molde de fundición poco a poco, de lo contrario se agrietaría al enfriarse y solidificarse. Las grietas en el material del escudo serían fatales para cualquier tripulación espacial o carga útil que dependiera de él porque permitirían que la radiación fluyera a través del compartimento de la tripulación/carga útil. A medida que el material se enfriaba, formaba una especie de vórtice hueco en el medio. Los ingenieros de desarrollo tuvieron que crear formas de llenar el vórtice manteniendo la integridad del escudo. Y, al hacer todo esto, tuvieron que tener en cuenta que estaban trabajando con un material que podría ser explosivamente inestable en un entorno húmedo rico en oxígeno. El análisis también reveló que, bajo gradientes térmicos y de radiación, el hidruro de litio podría disociarse y los iones de hidrógeno podrían migrar a través del escudo. Esto produciría variaciones en la eficacia del escudo y podría someter las cargas útiles a una radiación intensa. Se hicieron esfuerzos para mitigar estos efectos. [ cita requerida ]
El SNAP 2DR utilizó un dispositivo moderador de reflector de reactor similar al SNAP-10A, pero con dos reflectores fijos internos y móviles. El sistema fue diseñado de modo que el reactor pudiera integrarse con un ciclo Rankine de mercurio para generar 3,5 kW de electricidad. [ cita requerida ]
Los reactores SNAP-8 fueron diseñados, construidos y operados por Atomics International bajo contrato con la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio . Se produjeron dos reactores SNAP-8: el reactor experimental SNAP 8 y el reactor de desarrollo SNAP 8. Ambos reactores SNAP 8 usaban el mismo combustible de hidruro de uranio y circonio altamente enriquecido que los reactores SNAP 2 y SNAP 10A. El diseño del SNAP 8 incluía circuitos de NaK primarios y secundarios para transferir calor al sistema de conversión de energía de Rankine de mercurio . El sistema de generación eléctrica para los reactores SNAP 8 fue suministrado por Aerojet General . [26]
El reactor experimental SNAP 8 fue un reactor de 600 kW t que se probó entre 1963 y 1965. [ cita requerida ]
El reactor de desarrollo SNAP 8 tenía un núcleo de reactor que medía 24 x 84 cm (9,5 x 33 pulgadas), contenía un total de 8,2 kg (18 libras) de combustible y tenía una potencia nominal de 1 MW t . El reactor fue probado en 1969 en el Laboratorio de Campo de Santa Susana . [27]
El SNAP-10A fue un sistema de energía de reactor nuclear calificado para uso espacial lanzado al espacio en 1965 bajo el programa SNAPSHOT . [28] [29] Fue construido como un proyecto de investigación para la Fuerza Aérea, para demostrar la capacidad de generar mayor energía que los RTG. El reactor empleaba dos reflectores de berilio móviles para el control y generaba 35 kW t al comienzo de su vida útil. [ cita requerida ] El sistema generaba electricidad haciendo circular NaK alrededor de termopares de telurio de plomo. Para mitigar los riesgos del lanzamiento, el reactor no se puso en marcha hasta que alcanzó una órbita segura. [ cita requerida ]
El SNAP-10A se puso en órbita terrestre en abril de 1965 y se utilizó para alimentar un satélite de investigación Agena-D , construido por Lockheed/Martin. El sistema produjo 500 W de energía eléctrica durante una prueba de vuelo abreviada de 43 días. El reactor se apagó prematuramente debido a un receptor de comando defectuoso. Se prevé que permanezca en órbita durante 4.000 años. [27]
