Un cohete eléctrico nuclear (más propiamente propulsión eléctrica nuclear ) es un tipo de sistema de propulsión de naves espaciales en el que la energía térmica de un reactor nuclear se convierte en energía eléctrica , que se utiliza para impulsar un propulsor de iones u otra tecnología de propulsión eléctrica de naves espaciales . [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] La terminología del cohete eléctrico nuclear es ligeramente inconsistente, ya que técnicamente la parte " cohete " del sistema de propulsión no es nuclear y podría También será impulsado por paneles solares . Esto contrasta con un cohete térmico nuclear , que utiliza directamente el calor del reactor para agregar energía a un fluido de trabajo , que luego es expulsado por la boquilla de un cohete.
Los elementos clave de la NEP son:
Un artículo de 1963 de Myron Levoy propuso un diseño de motor híbrido nuclear-eléctrico, que habría podido funcionar tanto en modo de ciclo abierto como motor térmico nuclear durante las fases de misión que requerían un alto empuje, así como en modo de ciclo cerrado como motor. Motor nuclear-eléctrico de bajo empuje, pero alta eficiencia durante las fases restantes de la misión. La aplicación propuesta para este diseño de motor era para una misión rápida de ida y vuelta a Marte tripulada por humanos . [9]
En 2001, se estaba desarrollando el asequible motor de fisión Safe , con una fuente de calor nuclear probada de 30 kW destinada a conducir al desarrollo de un reactor térmico de 400 kW con turbinas de gas de ciclo Brayton para producir energía eléctrica. Se pretendía lograr el rechazo del calor residual utilizando tecnología de tuberías de calor de baja masa . La seguridad debía estar garantizada mediante un diseño robusto. [ cita necesaria ]
El Proyecto Prometheus fue un estudio de la NASA de principios de la década de 2000 sobre naves espaciales eléctricas nucleares. [ cita necesaria ]
Kilopower es el último programa de desarrollo de reactores de la NASA, pero está destinado a uso únicamente en superficie. [ cita necesaria ]
El proyecto TEM comenzó en 2009 con el objetivo de impulsar un motor en Marte.
Marzo de 2016: se recibe el primer lote de combustible nuclear [ cita necesaria ]
Una posible fuente de calor es un reactor de lecho de guijarros que utiliza refrigerante gaseoso de nitrógeno de alto flujo másico cerca de presiones atmosféricas normales. La generación de energía podría lograrse con tecnología de turbinas de gas , que está bien desarrollada. El combustible nuclear sería uranio altamente enriquecido encapsulado en bolas de grafito con bajo contenido de boro , probablemente de 5 a 10 cm de diámetro. El grafito también moderaría los neutrones de la reacción nuclear.
Este estilo de reactor puede diseñarse para que sea intrínsecamente seguro. A medida que se calienta, el grafito se expande, separando el combustible y reduciendo la criticidad del reactor. Esta propiedad puede simplificar los controles operativos a una sola válvula que estrangula la turbina. Cuando está cerrado, el reactor se calienta, pero produce menos energía. Cuando está abierto, el reactor se enfría, pero se vuelve más crítico y produce más energía.
La encapsulación de grafito simplifica el repostaje y la manipulación de residuos. El grafito es mecánicamente fuerte y resiste altas temperaturas. Esto reduce el riesgo de una liberación no planificada de elementos radiactivos, incluidos productos de fisión . Dado que este estilo de reactor produce alta potencia sin piezas pesadas para contener altas presiones, es muy adecuado para impulsar naves espaciales. [10]
Se ha propuesto una variedad de tecnologías de propulsión eléctrica para su uso con sistemas de generación eléctrica nuclear de alta potencia, incluidos VASIMR , DS4G y propulsor inductivo pulsado (PIT). PIT y VASIMR son únicos en su capacidad de intercambiar entre uso de energía, impulso específico (una medida de eficiencia, ver impulso específico ) y empuje en vuelo. PIT tiene la ventaja adicional de no necesitar energía condicionada. [ cita necesaria ]
Se han propuesto varios esquemas de conversión de calor en electricidad. A corto plazo, los generadores de ciclo Rankine , ciclo Brayton y ciclo Stirling pasan por una fase mecánica intermedia, con las consiguientes pérdidas de energía. También se han propuesto tecnologías más exóticas: termoeléctrica (incluida la conversión de energía térmica basada en grafeno [11] [12] [13] ), materiales termoeléctricos de tipo piroeléctrico , termofotovoltaico , termoiónico y magnetohidrodinámico .
Los generadores termoeléctricos de radioisótopos , las unidades calentadoras de radioisótopos , los generadores piezoeléctricos de radioisótopos y el cohete de radioisótopos utilizan el calor de una fuente radiactiva estática (generalmente plutonio-238 ) para un bajo nivel de energía eléctrica o de propulsión directa. Otros conceptos incluyen el cohete térmico nuclear , el cohete de fragmentos de fisión, la propulsión por pulsos nucleares y la posibilidad de un cohete de fusión , suponiendo que la tecnología de fusión nuclear se desarrolle en algún momento del futuro próximo. [ cita necesaria ]