El programa de desarrollo de motores nucleares para cohetes ( NERVA , por sus siglas en inglés ) fue un programa de desarrollo de motores nucleares para cohetes térmicos que duró aproximadamente dos décadas. Su principal objetivo era "establecer una base tecnológica para sistemas de motores nucleares para cohetes que se utilizarían en el diseño y desarrollo de sistemas de propulsión para aplicaciones en misiones espaciales". [2] Fue un esfuerzo conjunto de la Comisión de Energía Atómica (AEC, por sus siglas en inglés) y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA, por sus siglas en inglés), y fue administrado por la Oficina de Propulsión Nuclear Espacial (SNPO, por sus siglas en inglés) hasta que el programa terminó en enero de 1973. La SNPO fue dirigida por Harold Finger de la NASA y Milton Klein de la AEC .
NERVA tuvo sus orígenes en el Proyecto Rover , un proyecto de investigación de AEC en el Laboratorio Científico de Los Álamos (LASL) con el objetivo inicial de proporcionar una etapa superior de propulsión nuclear para los misiles balísticos intercontinentales de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos . Los motores de cohetes térmicos nucleares prometían ser más eficientes que los químicos. Después de la formación de la NASA en 1958, el Proyecto Rover continuó como un proyecto civil y se reorientó para producir una etapa superior de propulsión nuclear para el cohete Saturno V de la NASA a la Luna. Los reactores se probaron a muy baja potencia antes de ser enviados a Jackass Flats en el Sitio de Pruebas de Nevada . Mientras LASL se concentraba en el desarrollo de reactores, la NASA construyó y probó motores de cohetes completos.
La AEC, la SNPO y la NASA consideraron que NERVA era un programa muy exitoso, ya que cumplía o superaba sus objetivos. Demostró que los motores de cohetes térmicos nucleares eran una herramienta factible y confiable para la exploración espacial y, a fines de 1968, la SNPO consideró que el último motor NERVA, el XE, cumplía con los requisitos para una misión humana a Marte . El programa tuvo un fuerte apoyo político de los senadores Clinton P. Anderson y Margaret Chase Smith , pero fue cancelado por el presidente Richard Nixon en 1973. Aunque los motores NERVA se construyeron y probaron tanto como fue posible con componentes certificados para vuelo y se consideró que el motor estaba listo para su integración en una nave espacial, nunca volaron en el espacio.
Durante la Segunda Guerra Mundial , algunos científicos del Laboratorio de Los Álamos del Proyecto Manhattan , donde se diseñaron las primeras bombas atómicas , entre ellos Stan Ulam , Frederick Reines y Frederic de Hoffmann , especularon sobre el desarrollo de cohetes de propulsión nuclear. En 1946, Ulam y CJ Everett escribieron un artículo en el que consideraron el uso de bombas atómicas como medio de propulsión de cohetes. Esto se convertiría en la base del Proyecto Orión . [3] [4]
La revelación pública de la energía atómica al final de la guerra generó una gran cantidad de especulaciones, y en el Reino Unido, Val Cleaver , el ingeniero jefe de la división de cohetes de De Havilland , y Leslie Shepherd , un físico nuclear de la Universidad de Cambridge , consideraron de forma independiente el problema de la propulsión nuclear con cohetes. Se convirtieron en colaboradores y, en una serie de artículos publicados en el Journal of the British Interplanetary Society en 1948 y 1949, describieron el diseño de un cohete de propulsión nuclear con un intercambiador de calor de grafito de núcleo sólido . Concluyeron a regañadientes que, aunque los cohetes térmicos nucleares eran esenciales para la exploración del espacio profundo, aún no eran técnicamente factibles. [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 sobre "Energía nuclear para la propulsión de cohetes". Había leído el trabajo de Cleaver y Shepard, [7] el del físico chino Hsue-Shen Tsien , [8] y un informe de febrero de 1952 de ingenieros de Consolidated Vultee . [9] El estudio de Bussard tuvo poco impacto al principio porque solo se imprimieron 29 copias y se clasificó como Datos restringidos , por lo que solo podía ser leído por alguien con la autorización de seguridad requerida. [10] En diciembre de 1953, se publicó en el Journal of Reactor Science and Technology de Oak Ridge . El artículo todavía estaba clasificado, al igual que la revista, pero 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 , se interesaron y establecieron comités para investigar la propulsión nuclear con cohetes. Froman llevó a Bussard al LASL para que lo ayudara una semana al mes. [11]
El estudio de Bussard también atrajo la atención de John von Neumann , quien formó un comité ad hoc para la propulsión nuclear de misiles. Mark Mills , el director asistente en Livermore fue su presidente, y sus otros miembros fueron Norris Bradbury de LASL; Edward Teller y Herbert York de Livermore; Abe Silverstein , el director asociado del Comité Asesor Nacional para la Aeronáutica (NACA) , Laboratorio de Propulsión de Vuelo Lewis , una agencia federal que realizó investigación aeronáutica; y Allen F. Donovan de Ramo-Wooldridge , una corporación aeroespacial. [11] Después de escuchar las opiniones sobre varios diseños, el comité Mills recomendó en marzo de 1955 que se continuara con el desarrollo, con el objetivo de producir una etapa superior de cohete nuclear para un misil balístico intercontinental (ICBM). York creó una nueva división en Livermore, y Bradbury creó una nueva llamada División N en LASL bajo el liderazgo de Raemer Schreiber , para continuar con ello. [12] En marzo de 1956, el Proyecto de Armas Especiales de las Fuerzas Armadas (AFSWP), la agencia responsable de la gestión del arsenal nacional de armas nucleares, recomendó asignar 100 millones de dólares al proyecto de motor de cohete nuclear durante tres años para que los dos laboratorios realizaran estudios de viabilidad y la construcción de instalaciones de prueba. [13]
Eger V. Murphree y Herbert Loper , de la Comisión de Energía Atómica (AEC), eran más cautelosos. El programa de misiles Atlas iba bien y, si tenía éxito, tendría suficiente alcance para alcanzar objetivos en la mayor parte de la Unión Soviética . Al mismo tiempo, las ojivas nucleares se estaban volviendo más pequeñas, ligeras y potentes. Por lo tanto, la defensa de una nueva tecnología que prometiera cargas útiles más pesadas a mayores distancias parecía débil. Sin embargo, el cohete nuclear había encontrado un patrocinador político en el senador Clinton P. Anderson, de Nuevo México (donde estaba ubicada LASL). El vicepresidente del Comité Conjunto sobre Energía Atómica (JCAE) del Congreso de los Estados Unidos , Anderson, era cercano a von Neumann, Bradbury y Ulam. Consiguió financiación en enero de 1957. [13]
Todo el trabajo sobre el cohete nuclear se consolidó en LASL, donde se le dio el nombre en código de Proyecto Rover ; [13] Livermore fue asignado a la responsabilidad del desarrollo del estatorreactor nuclear , que fue nombrado en código Proyecto Plutón . [14] El Proyecto Rover fue dirigido por un oficial en servicio activo de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) adscrito a la AEC, el teniente coronel Harold R. Schmidt. Él era responsable ante otro oficial adscrito de la USAF, el coronel Jack L. Armstrong, quien también estaba a cargo de los proyectos Plutón y Sistemas para la Energía Nuclear Auxiliar (SNAP). [15]
Los motores de cohetes generan empuje acelerando una masa de trabajo en una dirección opuesta a su trayectoria deseada. En los diseños convencionales, esto se logra calentando un fluido y dejándolo escapar a través de una tobera de cohete . La energía necesaria para producir el calor se proporciona mediante una reacción química en el combustible, que puede estar mezclado como en el caso de la mayoría de los cohetes de combustible sólido , o en tanques separados como en la mayoría de los cohetes de combustible líquido . [16] Seleccionar los combustibles a utilizar es una tarea compleja que tiene que considerar la energía de reacción, la masa del combustible, la masa del fluido de trabajo resultante y otras cuestiones prácticas como la densidad y su capacidad para ser bombeado fácilmente. [17]
Los motores de cohetes nucleares utilizan un reactor nuclear para generar la energía necesaria para calentar el combustible en lugar de una reacción química. Como las reacciones nucleares son mucho más potentes que las químicas, se puede reemplazar un gran volumen de sustancias químicas por un reactor pequeño. Como la fuente de calor es independiente de la masa de trabajo, se puede seleccionar el fluido de trabajo para obtener el máximo rendimiento para una tarea determinada, no su energía de reacción subyacente. Debido a su baja masa molecular, normalmente se utiliza hidrógeno . Esta combinación de características permite que un motor nuclear supere a uno químico; por lo general, apuntan a tener al menos el doble del impulso específico de un motor químico. [18]
En términos generales, un motor nuclear es similar a un motor químico líquido. Ambos contienen la masa de trabajo en un tanque grande y la bombean a la cámara de reacción usando una turbobomba . La diferencia radica principalmente en que la cámara de reacción es generalmente más grande, el tamaño del reactor. Los factores que complicaban el proceso se hicieron evidentes de inmediato. El primero era que había que encontrar un medio para controlar la temperatura del reactor y la potencia de salida. El segundo era que había que idear un medio para contener el propulsor. El único medio práctico para almacenar hidrógeno era en forma líquida, y esto requería temperaturas inferiores a 20 K (−253,2 °C ). El tercero era que el hidrógeno se calentaría a una temperatura de alrededor de 2500 K (2230 °C), y se necesitaban materiales que pudieran soportar tales temperaturas y resistir la corrosión por hidrógeno. [19]
Como combustible se consideraron plutonio-239 , uranio-235 y uranio-233 . Se descartó el plutonio porque forma compuestos fácilmente y no puede alcanzar temperaturas tan altas como las del uranio. El uranio-233 es ligeramente más ligero que el uranio-235, libera una mayor cantidad de neutrones por evento de fisión en promedio y tiene una mayor probabilidad de fisión, pero sus propiedades radiactivas lo hacen más difícil de manejar y no estaba fácilmente disponible. Por lo tanto, se eligió el uranio-235. [20] [21]
En cuanto a los materiales estructurales del reactor, la elección se redujo a grafito o metal. [20] De los metales, el tungsteno surgió como el favorito, pero era caro, difícil de fabricar y tenía propiedades neutrónicas indeseables. Para evitar sus propiedades neutrónicas, se sugirió que se debería utilizar tungsteno-184 , que no absorbe neutrones. [22] Por otro lado, el grafito era barato, en realidad se vuelve más fuerte a temperaturas de hasta 3300 K (3030 °C) y sublima en lugar de fundirse a 3900 K (3630 °C). Por lo tanto, se eligió el grafito. [23]
Para controlar el reactor, el núcleo estaba rodeado de tambores de control recubiertos de grafito o berilio (un moderador de neutrones) en un lado y boro (un veneno de neutrones ) en el otro. La potencia de salida del reactor podía controlarse girando los tambores. [24] Para aumentar el empuje, es suficiente 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 aumentar el 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. Además, a medida que el hidrógeno se calienta, se expande, por lo que hay menos en el núcleo para eliminar el calor 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. [25]
NERVA incorporó un escudo de radiación para proteger al personal y a los componentes externos de la intensa radiación de neutrones y fotones que emitía. La empresa Aerojet Nuclear Systems desarrolló un material de protección ligero y eficiente a partir de una mezcla de carburo de boro ( B
4C ), hidruro de aluminio y titanio ( TiH
2), conocido como BATH por sus componentes. [26] [27] El hidruro de titanio es un excelente moderador de neutrones y el carburo de boro un excelente absorbente de neutrones. Los tres componentes se mezclaron en forma de polvo y se utilizó una máquina de extrusión comercial para extruirlos en la forma deseada. Se descubrió que BATH era fuerte, con una resistencia a la tracción de hasta 190.000 kilopascales (28.000 psi), capaz de soportar altas temperaturas y con propiedades superiores de protección contra la radiación. [28]
LASL produjo una serie de conceptos de diseño, cada uno con su propio nombre en clave: Uncle Tom, Uncle Tung, Bloodhound y Shish. [29] En 1955, se había decidido por un diseño de 1.500 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. [20]
Los reactores nucleares para el Proyecto Rover se construyeron en el Área Técnica 18 (TA-18) de LASL, también conocida como Sitio Pajarito. Los reactores se probaron a muy baja potencia antes de ser enviados a Jackass Flats en el Sitio de Pruebas de Nevada . Las pruebas de los elementos combustibles y otras ciencias de los materiales fueron realizadas por la División N de LASL en TA-46 utilizando varios hornos y más tarde el Horno Nuclear. [30]
El trabajo en las instalaciones de prueba de Jackass Flats comenzó a mediados de 1957. Todos los materiales y suministros tuvieron que ser traídos desde Las Vegas . La celda de prueba A consistía en un conjunto de botellas de gas hidrógeno y una pared de hormigón de 1 metro (3 pies) de espesor para proteger la instrumentación electrónica de la radiación producida por el reactor. La sala de control estaba ubicada a 3,2 kilómetros (2 millas) de distancia. El reactor fue probado con su columna de humo en el aire para que los productos radiactivos pudieran disiparse de manera segura. [20]
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 observación con vidrio de plomo y brazos de manipulación a distancia. Era excepcional sólo por su tamaño: 76 metros (250 pies) de largo, 43 metros (140 pies) de ancho y 19 metros (63 pies) de alto. Esto permitía introducir y sacar el motor en un vagón de ferrocarril. [20]
Se decía que el "Jackass and Western Railroad", como se lo describía de manera jocosa, era el ferrocarril más corto y lento del mundo. [31] Había dos locomotoras, la L-1 eléctrica controlada a distancia y la L-2 diésel/eléctrica, que se controlaba manualmente pero tenía protección contra la radiación alrededor de la cabina . [20] La primera se usaba normalmente; la segunda se proporcionaba como respaldo. [32] Los trabajadores de la construcción se alojaron en Mercury, Nevada . Más tarde, se trajeron treinta casas móviles a Jackass Flats para crear un pueblo llamado "Boyerville" en honor al supervisor, Keith Boyer. Las obras de construcción se completaron en el otoño de 1958. [20] La NASA planeó desarrollar una comunidad de 2700 personas, con 800 viviendas y su propio complejo comercial para 1967. [33]
En 1957, el proyecto del misil Atlas avanzaba bien y la necesidad de una etapa superior nuclear había prácticamente desaparecido. [34] El 2 de octubre de 1957, la AEC propuso recortar su presupuesto. [35] Dos días después, la Unión Soviética lanzó el Sputnik 1 , el primer satélite artificial. Este éxito sorprendente encendió los temores y la imaginación en todo el mundo. Demostró que la Unión Soviética tenía la capacidad de lanzar armas nucleares a distancias intercontinentales y cuestionó las apreciadas nociones estadounidenses de superioridad militar, económica y tecnológica. [36] Esto precipitó la crisis del Sputnik y desencadenó la carrera espacial . [37] El presidente Dwight D. Eisenhower respondió creando la ARPA para supervisar el desarrollo de cohetes y tecnología militares, y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) para dirigir el desarrollo de cohetes civiles. La NASA absorbió a la NACA como parte de su formación, junto con varios programas militares anteriores. [38]
La NACA llevaba mucho tiempo interesada en la tecnología nuclear. En 1951, había empezado a explorar la posibilidad de adquirir su propio reactor nuclear para el proyecto de propulsión nuclear de aeronaves (ANP), y seleccionó su Laboratorio de Propulsión de Vuelo Lewis en Ohio para diseñarlo, construirlo y gestionarlo. Se eligió un emplazamiento en las cercanas Plum Brook Ordnance Works, [39] la NACA obtuvo la aprobación de la AEC, y la construcción del reactor de Plum Brook comenzó en septiembre de 1956. [40] Abe Silverstein, el director de Lewis, estaba especialmente ansioso por adquirir el control del Proyecto Rover. [41]
Donald A. Quarles , el subsecretario de Defensa , se reunió con T. Keith Glennan , el nuevo administrador de la NASA , y Hugh Dryden , el adjunto de Glennan, el 20 de agosto de 1958, [41] el día en que Glennan y Dryden juraron sus cargos en la Casa Blanca , [42] y Rover fue el primer punto de la agenda. Quarles estaba ansioso por transferir Rover a la NASA, ya que el proyecto ya no tenía un propósito militar. [15] 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, [43] el día en que la NASA comenzó a funcionar oficialmente y asumió la responsabilidad del programa espacial civil estadounidense. [44]
El Proyecto Rover se convirtió en un proyecto conjunto de la NASA y la AEC. [43] Silverstein, a quien Glennan había traído a Washington, DC, para organizar el programa de vuelos espaciales de la NASA, [45] nombró a Harold Finger para supervisar el desarrollo del cohete nuclear como jefe de la Oficina de Reactores Espaciales de la NASA. [15] El senador Anderson tenía dudas sobre la idoneidad de Finger para el trabajo. Sentía que a Finger le faltaba entusiasmo por él. Glenn se reunió con Anderson el 13 de abril de 1959 y lo convenció de que Finger haría un buen trabajo. [46] El 29 de agosto de 1960, la NASA creó la Oficina de Propulsión Nuclear Espacial (SNPO) para supervisar el proyecto del cohete nuclear. [47] Finger fue designado como su gerente, con Milton Klein de la AEC como su adjunto. [48] Finger también fue el Director de Sistemas Nucleares en la Oficina de Investigación y Tecnología Avanzada de la NASA. [49] 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". A esto le siguió un "Acuerdo entre agencias sobre el programa para el desarrollo de la propulsión nuclear de cohetes espaciales (Proyecto Rover)", que firmaron el 28 de julio de 1961. [49] La SNPO también asumió la responsabilidad del SNAP, y Armstrong se convirtió en asistente del director de la División de Desarrollo de Reactores de la AEC, y el teniente coronel GM Anderson, ex oficial del proyecto SNAP en la disuelta Oficina de la ANP, se convirtió en jefe de la rama SNAP de la nueva división. [48] Pronto se hizo evidente que existían diferencias culturales considerables entre la NASA y la AEC. [15]
La sede de la SNPO estaba ubicada junto con la sede de la AEC en Germantown, Maryland . [47] Finger estableció sucursales en Albuquerque, Nuevo México , (SNPO-A) para comunicarse con LASL, y en Cleveland, Ohio , (SNPO-C) para coordinar con el Centro de Investigación Lewis, que se activó en octubre de 1961. 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 la SNPO en Las Vegas (SNPO-N) para administrarla. A fines de 1963, había 13 miembros del personal de la NASA en la sede de la SNPO, 59 en la SNPO-C y 30 en la SNPO-N. [49] El personal del SNPO estaba formado por una combinación de empleados de la NASA y la AEC cuyas responsabilidades incluían "la planificación y evaluación de programas y recursos, la justificación y distribución de los recursos del programa, la definición y el control de los requisitos generales del programa, el seguimiento y la presentación de informes sobre el progreso y los problemas a la dirección de la NASA y la AEC, y la preparación de testimonios para el Congreso ". [50]
Finger pidió ofertas a la industria para el desarrollo del motor nuclear para aplicaciones en vehículos cohete (NERVA) basado en el motor Kiwi desarrollado por LASL. [51] La adjudicación estaba programada para el 1 de marzo de 1961, de modo que la decisión de proceder o no la pudiera tomar la administración entrante de Kennedy . [52] [53] Ocho empresas presentaron ofertas: Aerojet , Douglas , Glenn L. Martin , Lockheed , North American , Rocketdyne, Thiokol y Westinghouse . Una junta conjunta NASA-AEC evaluó las ofertas. Calificó la oferta de North American como la mejor oferta en general, pero Westinghouse y Aerojet tenían ofertas superiores para el reactor y el motor respectivamente cuando se consideraron por separado. [54] Después de que Aerojet prometiera al administrador de la NASA James E. Webb que pondría a su mejor gente en NERVA, Webb habló con la junta de selección y les dijo que, aunque no deseaba influir en su decisión, North American estaba profundamente comprometida con el Proyecto Apolo y la junta podría considerar combinar otras ofertas. [55] El 8 de junio, Webb anunció que Aerojet y Westinghouse habían sido seleccionados. [53] Aerojet se convirtió en el contratista principal, con Westinghouse como el subcontratista principal. [56] Ambas compañías reclutaron agresivamente y en 1963, Westinghouse tenía 1.100 empleados trabajando en NERVA. [54]
En marzo de 1961, el presidente John F. Kennedy anunció la cancelación del proyecto de propulsión nuclear de aeronaves justo cuando el reactor Plum Brook de la NASA estaba a punto de completarse, [57] y por un tiempo pareció que NERVA pronto seguiría su ejemplo. La NASA estimó que NERVA costaría en última instancia 800 millones de dólares (aunque AEC calculó que sería mucho menos), [58] y la Oficina de Presupuesto argumentó que NERVA solo tenía sentido en el contexto de un aterrizaje lunar tripulado o vuelos más allá del Sistema Solar , a ninguno de los cuales se había comprometido la administración. Luego, el 12 de abril, la Unión Soviética lanzó a Yuri Gagarin en órbita en el Vostok 1 , demostrando una vez más su superioridad tecnológica. Unos días después, Kennedy lanzó la desastrosa invasión de Bahía de Cochinos a Cuba, lo que resultó en otra humillación para los Estados Unidos. [59] El 25 de mayo, 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 regresar sano y salvo a la Tierra". Luego continuó diciendo: "En segundo lugar, 23 millones de dólares adicionales, junto con los 7 millones de dólares que ya están disponibles, acelerarán el desarrollo del cohete nuclear Rover. Esto promete proporcionar algún día un medio para una exploración del espacio aún más apasionante y ambiciosa, tal vez más allá de la Luna, tal vez hasta el mismísimo confín del Sistema Solar". [60]
El SNPO estableció un objetivo para NERVA de una fiabilidad del 99,7 por ciento, lo que significa que el motor no funcionaría como estaba diseñado más de tres veces por cada mil arranques. Para lograrlo, Aerojet y Westinghouse estimaron que necesitarían 6 reactores, 28 motores y 6 vuelos de prueba en vuelo del reactor (RIFT). Planearon 42 pruebas, considerablemente menos que las 60 pruebas que el SNPO había pensado que podrían ser necesarias. [54] A diferencia de otros aspectos de NERVA, RIFT era responsabilidad exclusiva de la NASA. [61] La NASA delegó la responsabilidad de RIFT al Centro Marshall de Vuelos Espaciales (MSFC) de Wernher von Braun en Huntsville, Alabama . [54] Von Braun creó una Oficina de Proyectos de Vehículos Nucleares en el MSFC, dirigida por el coronel Scott Fellows, un oficial de la USAF que había trabajado en ANP. [62]
En ese momento, la NASA estaba involucrada en la planificación de la misión de aterrizaje lunar que Kennedy había solicitado. En el proceso, la agencia consideró varios conceptos de cohetes de refuerzo , incluyendo lo que se convirtió en la familia Saturn y el más grande Nova . Estos eran cohetes químicos, aunque también se consideraron etapas superiores nucleares para Nova. [63] El Comité Silverstein de diciembre de 1959 había definido la configuración del vehículo de lanzamiento Saturn, [64] incluyendo el uso de hidrógeno líquido como combustible para las etapas superiores. [65]
En un artículo de 1960, Schmidt propuso reemplazar las etapas superiores con etapas nucleares NERVA. Esto ofrecería el mismo rendimiento que Nova, pero por la mitad del costo. Estimó que el costo de poner una libra de carga útil en órbita lunar era de $ 1,600 para un Saturno completamente químico, $ 1,100 para Nova y $ 700 para un Saturno químico-nuclear. [66] MSFC emitió un contrato de estudio para un RIFT con NERVA como la etapa superior de un Saturno C-3 , pero el C-3 fue reemplazado poco después por el más poderoso C-4 y finalmente por el C-5, que se convirtió en el Saturno V. [67] Solo en julio de 1962, después de mucho debate, la NASA finalmente se decidió por el encuentro en órbita lunar , que podría ser realizado por Saturno V, negando la necesidad del Nova más grande y más caro, que fue abandonado. [68]
El vehículo de prueba RIFT tendría 111 metros (364 pies) de altura, aproximadamente la misma que el Saturno V; la configuración de la misión Saturno C-5N sería aún más grande, con 120 metros (393 pies) de altura, pero el Edificio de Ensamblaje de Vehículos (VAB) de 160 metros (525 pies) podría acomodarlo fácilmente. Consistiría en una primera etapa S-IC , una etapa intermedia S-II ficticia llena de agua y una etapa superior SN (Saturn-Nuclear) NERVA. Para una misión real, se utilizaría una etapa S-II real. La etapa SN iba a ser construida por Lockheed en un hangar para dirigibles que la NASA adquirió en Moffet Field en Sunnyvale, California , y ensamblada en la Instalación de Pruebas de Mississippi de la NASA . [67]
La SNPO planeó construir diez etapas SN, seis para pruebas terrestres y cuatro para pruebas de vuelo. Los lanzamientos se realizarían desde Cabo Cañaveral . Los motores NERVA serían transportados por carretera en contenedores a prueba de golpes y herméticos, con las barras de control bloqueadas en su lugar y cables de veneno nuclear en el núcleo. Dado que no sería radiactivo, podría transportarse de manera segura y acoplarse a las etapas inferiores sin blindaje. En vuelo, se retirarían los cables de veneno y el reactor se pondría en marcha a 121 kilómetros (75 millas) sobre el océano Atlántico. El motor se encendería durante 1.300 segundos, impulsándolo a una altitud de 480 kilómetros (300 millas). Luego se apagaría y el reactor se enfriaría antes de impactar en el Atlántico a 3.200 kilómetros (2.000 millas) de distancia. NERVA se consideraría listo para la misión después de cuatro pruebas exitosas. [67]
Para apoyar a RIFT, LASL estableció una Oficina de Seguridad de Vuelo de Rover y SNPO creó un Panel de Seguridad de Vuelo de Rover. Dado que RIFT requería que hasta cuatro reactores cayeran al Océano Atlántico, LASL intentó determinar qué sucedería si un reactor tocara el agua a varios miles de kilómetros por hora. En particular, si entraría en estado crítico o explotaría al inundarse con agua de mar, un moderador de neutrones. También existía preocupación sobre lo que sucedería si se hundiera 3,2 kilómetros (2 millas) hasta el fondo del Atlántico, donde estaría bajo una presión aplastante. El posible impacto en la vida marina, y de hecho qué vida marina había allí, todo tenía que ser considerado. [69]
El principal obstáculo en el programa NERVA eran las instalaciones de prueba en Jackass Flats. Se suponía que la celda de prueba C estaría terminada en 1960. La NASA y la AEC no solicitaron fondos para más construcciones, pero Anderson los proporcionó de todos modos. Hubo retrasos en la construcción, lo que obligó a Anderson a intervenir personalmente. Asumió el papel de gerente de construcción de facto, y los funcionarios de la AEC le reportaban directamente a él. [70]
En agosto de 1961, la Unión Soviética puso fin a la moratoria de pruebas nucleares que había estado en vigor desde noviembre de 1958, por lo que Kennedy reanudó las pruebas de armas nucleares estadounidenses en septiembre. [71] Con un segundo programa de choque en el sitio de pruebas de Nevada, la mano de obra escaseó y hubo una huelga. Cuando eso terminó, los trabajadores tuvieron que enfrentarse a las dificultades de lidiar con el hidrógeno, que podía filtrarse a través de agujeros microscópicos que eran demasiado pequeños para que otros fluidos pasaran. El 7 de noviembre de 1961, un accidente menor provocó una violenta liberación de hidrógeno. El complejo finalmente entró en funcionamiento en 1964. SNPO previó la construcción de un motor de cohete nuclear de 20.000 MW, por lo que Boyer hizo que la Chicago Bridge & Iron Company construyera dos gigantescos dewars de almacenamiento criogénico de 1.900.000 litros (500.000 galones estadounidenses) . Se añadió un edificio de mantenimiento y desmontaje de motores (E-MAD). Tenía paredes de hormigón grueso y compartimentos de protección donde se podían montar y desmontar los motores. También había un banco de pruebas de motores (ETS-1); se planeaban dos más. [67]
En marzo de 1963, la SNPO y la MSFC encargaron a Space Technology Laboratories (STL) la elaboración de un informe sobre el tipo de motor nuclear para cohetes que se necesitaría para las posibles misiones entre 1975 y 1990. Estas misiones incluían las primeras expediciones tripuladas de ida y vuelta entre planetas e interplanetarios (EMPIRE), vuelos de aproximación y de aproximación planetaria y un transbordador lunar. La conclusión de este informe de nueve volúmenes, que se entregó en marzo de 1965, y de un estudio de seguimiento, fue que estas misiones podrían llevarse a cabo con un motor de 4.100 MW con un impulso específico de 825 segundos (8,09 km/s), una cifra considerablemente menor de lo que se había considerado necesario en un principio. De ahí surgió una especificación para un motor nuclear para cohetes de 5.000 MW, que se conocería como NERVA II. [72] [73]
La primera fase del Proyecto Rover, Kiwi, recibió el nombre del pájaro kiwi de Nueva Zelanda . [20] Un kiwi no puede volar, y los motores de cohetes Kiwi tampoco estaban destinados a hacerlo. Su función era verificar el diseño y probar el comportamiento de los materiales utilizados. [23] El programa Kiwi desarrolló una serie de motores nucleares de prueba no aptos para volar, cuyo objetivo principal era mejorar la tecnología de los reactores refrigerados por hidrógeno. [74] En la serie de pruebas Kiwi A realizadas entre julio de 1959 y octubre de 1960, se construyeron y probaron tres reactores. Kiwi A se consideró un éxito como prueba de concepto para los motores de cohetes nucleares. Demostró que el hidrógeno se podía calentar en un reactor nuclear a las temperaturas requeridas para la propulsión espacial y que el reactor se podía controlar. [75]
El siguiente paso fue la serie de pruebas Kiwi B, que comenzó con el Kiwi B1A el 7 de diciembre de 1961. Se trataba de un desarrollo del motor Kiwi A, con una serie de mejoras. La segunda prueba de la serie, el Kiwi B1B, el 1 de septiembre de 1962, provocó daños estructurales extremos en el reactor, ya que los componentes del módulo de combustible salieron expulsados cuando se alcanzaba la potencia máxima. Una prueba posterior a plena potencia del Kiwi B4A, el 30 de noviembre de 1962, junto con una serie de pruebas de flujo frío, reveló que el problema eran las vibraciones que se inducían cuando se calentaba el hidrógeno mientras se alcanzaba la potencia máxima del reactor en lugar de cuando estaba funcionando a plena potencia. [76] A diferencia de un motor químico que probablemente habría explotado después de sufrir daños catastróficos, el motor de cohete nuclear permaneció estable y controlable incluso cuando se probó hasta su destrucción. Las pruebas demostraron que un motor de cohete nuclear sería resistente y fiable en el espacio. [77]
Kennedy visitó LASL el 7 de diciembre de 1962 para una reunión informativa sobre el Proyecto Rover. [78] Era la primera vez que un presidente visitaba un laboratorio de armas nucleares. Traía consigo una gran comitiva que incluía a Lyndon Johnson , McGeorge Bundy , Jerome Wiesner , Harold Brown , Donald Hornig , Glenn Seaborg , Robert Seamans, Harold Finger, Clinton Anderson, Howard Cannon y Alan Bible . Al día siguiente, volaron a Jackass Flats, convirtiendo a Kennedy en el único presidente en visitar un sitio de pruebas nucleares. El Proyecto Rover había recibido 187 millones de dólares en 1962, y la AEC y la NASA estaban pidiendo otros 360 millones en 1963. Kennedy llamó la atención sobre las dificultades presupuestarias de su administración y preguntó cuál era la relación entre el Proyecto Rover y Apollo. Finger respondió que era una póliza de seguro y que podría usarse en las misiones Apollo posteriores o posteriores, como una base en la Luna o una misión a Marte. Wiesner, apoyado por Brown y Hornig, argumentó que si una misión a Marte no podía realizarse antes de la década de 1980, entonces el RIFT podría posponerse hasta la década de 1970. Seamans señaló que esa actitud había resultado en la crisis del Sputnik y en una pérdida de prestigio e influencia estadounidenses. [79]
En enero de 1963, el senador Anderson se convirtió en presidente del Comité del Senado de los Estados Unidos sobre Ciencias Aeronáuticas y Espaciales . Se reunió en privado con Kennedy, quien aceptó solicitar una asignación suplementaria para RIFT si se podía implementar una "solución rápida" al problema de vibración de Kiwi que Seaborg había prometido. Mientras tanto, Finger convocó una reunión. Declaró que no habría una "solución rápida". Criticó la estructura de gestión de LASL y pidió que LASL adoptara una estructura de gestión de proyectos . Quería que el caso de los problemas de vibración se investigara a fondo y que se conociera definitivamente la causa antes de tomar medidas correctivas. Tres miembros del personal de SNPO (conocidos en LASL como los "tres ratones ciegos") fueron asignados a LASL para garantizar que se cumplieran sus instrucciones. Finger reunió a un equipo de especialistas en vibraciones de otros centros de la NASA y, junto con el personal de LASL, Aerojet y Westinghouse, realizó una serie de pruebas de reactores de "flujo frío" utilizando elementos de combustible sin material fisionable. [80] [81] El RIFT fue cancelado en diciembre de 1963. Aunque su restablecimiento se discutió con frecuencia, nunca ocurrió. [61]
Se realizaron una serie de cambios de diseño para abordar el problema de las vibraciones. En la prueba Kiwi B4D del 13 de mayo de 1964, el reactor se puso en marcha automáticamente y funcionó brevemente a plena potencia sin problemas de vibración. A esto le siguió la prueba Kiwi B4E el 28 de agosto, en la que el reactor funcionó durante doce minutos, ocho de los cuales a plena potencia. El 10 de septiembre, se reinició el Kiwi B4E y funcionó a plena potencia durante dos minutos y medio, lo que demostró la capacidad de un motor de cohete nuclear para apagarse y reiniciarse. [76] En septiembre, se realizaron pruebas con un motor Kiwi B4 y PARKA, un reactor Kiwi utilizado para pruebas en LASL. Los dos reactores funcionaron a 4,9 metros (16 pies), 2,7 metros (9 pies) y 1,8 metros (6 pies) de distancia, y se tomaron mediciones de reactividad. Estas pruebas demostraron que los neutrones producidos por un reactor efectivamente causaban fisiones en otro, pero que el efecto era insignificante: 3, 12 y 24 centavos respectivamente. Las pruebas demostraron que los motores de cohetes nucleares pueden agruparse, tal como sucede a menudo con los motores químicos. [77] [82] [83]
SNPO eligió el diseño del cohete térmico nuclear Kiwi-B4 de 330.000 newtons (75.000 lbf) (con un impulso específico de 825 segundos) como base para el NERVA NRX (Experimento del reactor NERVA [84] ). Mientras que Kiwi era una prueba de concepto, NERVA NRX era un prototipo de un motor completo. Eso significaba que necesitaría actuadores para girar los tambores y poner en marcha el motor, cardanes para controlar su movimiento, una boquilla refrigerada por hidrógeno líquido y blindaje para proteger el motor, la carga útil y la tripulación de la radiación. Westinghouse modificó los núcleos para hacerlos más robustos para las condiciones de vuelo. Aún se requería algo de investigación y desarrollo. Los sensores de temperatura disponibles eran precisos solo hasta 1.980 K (1.710 °C), muy por debajo de lo requerido. Se desarrollaron nuevos sensores que eran precisos hasta 2.649 K (2.376 °C), incluso en un entorno de alta radiación. Aerojet y Westinghouse intentaron predecir teóricamente el rendimiento de cada componente, que luego se comparó con el rendimiento real de las pruebas. Con el tiempo, ambos conceptos convergieron a medida que se comprendía más. En 1972, era posible predecir con precisión el rendimiento de un motor NERVA en la mayoría de las condiciones. [85]
El primer ensayo de un motor NERVA se realizó el 24 de septiembre de 1964 con el NERVA A2. Aerojet y Westinghouse aumentaron la potencia gradualmente, con cautela, hasta 2 MW, 570 MW y 940 MW, funcionando durante un minuto o dos en cada nivel para comprobar los instrumentos, antes de aumentar finalmente a la potencia máxima de 1.096 MW. El reactor funcionó a la perfección y sólo tuvo que apagarse después de 40 segundos porque se estaba agotando el hidrógeno. La prueba demostró que el NERVA tenía el impulso específico diseñado de 811 segundos (7,95 km/s); los cohetes de combustible sólido tienen un impulso máximo de unos 300 segundos (2,9 km/s) y los cohetes químicos con combustible líquido rara vez superan los 450 segundos (4,4 km/s). Los ejecutivos de Aerojet y Westinghouse estaban tan contentos que publicaron un anuncio a página completa en el Wall Street Journal con una foto de la prueba y el título: "¡A Marte!". El reactor se puso en marcha de nuevo el 15 de octubre. En un principio, la intención era probar la tobera, pero se descartó porque estaba cerca de su temperatura máxima de diseño de 2270 K (2000 °C). En su lugar, se probó la turbobomba. Se aumentó la potencia del motor a 40 MW, se bloquearon los tambores de control y se utilizó la turbobomba para mantener la potencia constante a 40 MW. Funcionó perfectamente. Las simulaciones por ordenador habían sido correctas y todo el proyecto se había adelantado a lo previsto. [86] [87]
El siguiente ensayo se realizó el 23 de abril de 1965 en el NERVA A3, con el fin de verificar que el motor podía funcionar y reiniciarse a plena potencia. El motor funcionó durante ocho minutos, tres y medio de ellos a plena potencia, antes de que los instrumentos indicaran que entraba demasiado hidrógeno en el motor. Se ordenó una parada de emergencia , pero se obstruyó una línea de refrigerante. La potencia aumentó a 1.165 MW antes de que la línea se destapara y el motor se apagara sin problemas. Se temía por la integridad de las barras de unión que mantenían unidos los grupos de combustible. Se suponía que debían funcionar a 473 K (200 °C), con un máximo de 651 K (378 °C). Los sensores registraron que las barras de unión habían alcanzado 1.095 K (822 °C), que era el máximo que podían registrar los sensores. Las pruebas de laboratorio confirmaron posteriormente que las barras podrían haber alcanzado 1.370 K (1.100 °C). También había lo que parecía ser un agujero en la boquilla, pero resultó ser hollín. El robusto motor no sufrió daños, por lo que la prueba continuó y el motor funcionó durante trece minutos a 1.072 MW. Una vez más, el tiempo de prueba estuvo limitado únicamente por el hidrógeno disponible. [86] [87]
Las pruebas del NERVA NRX/EST (prueba del sistema de motor) de la NASA comenzaron el 3 de febrero de 1966. [88] Los objetivos eran:
El NRX/EST funcionó a niveles de potencia intermedios el 3 y el 11 de febrero, con una prueba de potencia máxima (1.055 MW) el 3 de marzo, seguida de pruebas de duración del motor el 16 y el 25 de marzo. El motor se puso en marcha once veces. [88] Todos los objetivos de la prueba se cumplieron con éxito y el NRX/EST funcionó durante un total de casi dos horas, incluidos 28 minutos a plena potencia. Superó el tiempo de funcionamiento de los reactores Kiwi anteriores en casi un factor de dos. [89]
El siguiente objetivo era hacer funcionar los reactores de forma continua durante un período prolongado. El NRX A5 se puso en marcha el 8 de junio de 1966 y funcionó a plena potencia durante quince minutos y medio. Durante el enfriamiento, un pájaro aterrizó en la boquilla y se asfixió con el gas nitrógeno o helio, cayendo sobre el núcleo. Se temía que pudiera bloquear las líneas de propulsión o crear un calentamiento desigual antes de volver a salir volando cuando se reiniciara el motor, por lo que los ingenieros de Westinghouse instalaron una cámara de televisión y una manguera de vacío y pudieron sacar al pájaro mientras se encontraba a salvo detrás de un muro de hormigón. El motor se reinició el 23 de junio y funcionó a plena potencia durante otros catorce minutos y medio. Aunque había una corrosión grave, lo que provocó una pérdida de reactividad de unos 2,20 dólares , el motor aún podría haberse reiniciado, pero los ingenieros querían examinar el núcleo. [90] [91]
El objetivo de la prueba del NRX A6 era una hora, pero la capacidad de la celda de prueba A superaba esa capacidad, por lo que las pruebas se trasladaron a la celda de prueba C, con sus enormes termos. Por tanto, el NRX A5 fue la última prueba en la que se utilizó la celda de prueba A. El reactor se puso en marcha el 7 de diciembre de 1966, pero se ordenó su apagado a los 75 segundos de la prueba debido a un componente eléctrico defectuoso. A esto le siguió un aplazamiento debido a las inclemencias del tiempo. El NRX A6 se puso en marcha de nuevo el 15 de diciembre. Funcionó a plena potencia (1125 MW) con una temperatura de la cámara de más de 2270 K (2000 °C) y una presión de 4089 kilopascales (593,1 psi ), y un caudal de 32,7 kilogramos por segundo (4330 lb/min). Se necesitaron 75,3 horas para enfriar el reactor con nitrógeno líquido. Al examinarlo, se descubrió que el reflector de berilio se había agrietado debido a la tensión térmica. La prueba provocó el abandono de los planes de construir un motor NERVA II más potente. Si se requería más empuje, un motor NERVA I podría funcionar durante más tiempo o podría agruparse. [90] [91]
Tras el éxito de la prueba A6, la SNPO canceló las pruebas A7 y A8 previstas y se concentró en completar la ETS-1. En todas las pruebas anteriores, el motor se encendía hacia arriba; la ETS-1 permitiría reorientar el motor para que se encendiera hacia abajo, en un compartimento de presión reducida, para simular parcialmente el encendido en el vacío del espacio. El banco de pruebas proporcionó una presión atmosférica reducida de unos 6,9 kilopascales (1,00 psi), lo que equivale a estar a una altitud de 60.000 pies (18.000 m). Esto se hizo inyectando agua en el escape, lo que creó vapor sobrecalentado que salió a gran velocidad, creando un vacío. [92] [93]
Aerojet tardó más de lo esperado en completar el ETS-1, en parte debido a la reducción de los presupuestos, pero también a los desafíos técnicos. Se construyó con aluminio puro, que no se volvía radiactivo cuando se irradiaba con neutrones, y había un rociador de agua para mantenerlo frío. Las juntas de goma eran un problema, ya que tendían a convertirse en una sustancia viscosa en un entorno radiactivo; se tuvieron que utilizar juntas de metal. La parte más desafiante fueron los conductos de escape, que debían soportar temperaturas mucho más altas que sus contrapartes de cohetes químicos. El trabajo de acero fue realizado por Allegheny Technologies , y la Air Preheater Company fabricó las tuberías. El trabajo requirió 54.000 kilogramos (120.000 libras) de acero, 3.900 kilogramos (8.700 libras) de alambre de soldadura y 10,5 kilómetros (6,5 millas) de soldaduras. Durante una prueba, los 234 tubos tendrían que transportar hasta 11.000.000 de litros (3.000.000 galones estadounidenses) de agua. Para ahorrar dinero en cableado, Aerojet trasladó la sala de control a un búnker a 240 metros (800 pies) de distancia. [92]
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El segundo motor NERVA, el NERVA XE, fue diseñado para acercarse lo más posible a un sistema de vuelo completo, incluso hasta el punto de utilizar una turbobomba de diseño de vuelo. Para ahorrar tiempo y dinero, se seleccionaron componentes que no afectaran el rendimiento del motor de entre los que estaban disponibles en Jackass Flats. Se agregó un escudo de radiación para proteger los componentes externos. [94] Los objetivos de la prueba incluyeron probar el uso del ETS-1 en Jackass Flats para la calificación y aceptación del motor de vuelo. [95] El tiempo total de funcionamiento fue de 115 minutos, incluidos 28 arranques. La NASA y SNPO consideraron que la prueba "confirmó que un motor de cohete nuclear era adecuado para la aplicación de vuelo espacial y podía operar a un impulso específico dos veces mayor que el de los sistemas de cohetes químicos". [96] El motor se consideró adecuado para las misiones a Marte que estaba planeando la NASA. La instalación también se consideró adecuada para la calificación de vuelo y la aceptación de los motores de cohete de los dos contratistas. [96]
La última prueba de la serie fue el XE Prime. Este motor tenía 6,9 metros (23 pies) de largo, 2,59 metros (8 pies 6 pulgadas) de diámetro y pesaba aproximadamente 18.144 kilogramos (40.001 libras). Fue diseñado para producir un empuje nominal de 246.663 newtons (55.452 libras- f ) con un impulso específico de 710 segundos (7,0 km/s). Cuando el reactor estaba operando a plena potencia, alrededor de 1.140 MW, la temperatura de la cámara era de 2.272 K (2.000 °C), la presión de la cámara era de 3.861 kilopascales (560,0 psi) y el caudal era de 35,8 kilogramos por segundo (4.740 libras/min), de los cuales 0,4 kilogramos por segundo (53 libras/min) se desviaban al sistema de enfriamiento. [1] Entre el 4 de diciembre de 1968 y el 11 de septiembre de 1969 se llevaron a cabo una serie de experimentos, durante los cuales el reactor se puso en marcha 24 veces, [93] y funcionó a plena potencia durante 1.680 segundos. [1]
Fuente: [97]
En el momento de la prueba NERVA NRX/EST, los planes de la NASA para NERVA incluían una visita a Marte en 1978, una base lunar permanente en 1981 y sondas de espacio profundo a Júpiter, Saturno y los planetas exteriores. Los cohetes NERVA se utilizarían para "remolcadores" nucleares diseñados para llevar cargas útiles desde la órbita baja terrestre (LEO) a órbitas más altas como un componente del más tarde llamado Sistema de Transporte Espacial , reabastecer varias estaciones espaciales en órbita alrededor de la Tierra y la Luna, y apoyar una base lunar permanente. El cohete NERVA también podría ser una etapa superior de propulsión nuclear para el cohete Saturno, lo que permitiría al Saturno mejorado lanzar cargas útiles de hasta 150.000 kg (340.000 lb) a LEO. [98] [99] [100] [101]
Defender a NERVA de sus críticos como Hornig, el presidente del Comité Asesor Científico del Presidente (PSAC), requirió una serie de batallas burocráticas y políticas a medida que el creciente costo de la Guerra de Vietnam ejercía presión sobre los presupuestos. El Congreso desfinanció a NERVA II en el presupuesto de 1967, pero el presidente Johnson necesitaba el apoyo del senador Anderson para su legislación de Medicare , por lo que el 7 de febrero de 1967 proporcionó el dinero para NERVA II de su propio fondo de contingencia. [102] Klein, que había sucedido a Finger como jefe del SNPO en 1967, se enfrentó a dos horas de interrogatorio sobre NERVA II ante el Comité de Ciencia y Astronáutica de la Cámara . Al final, el comité recortó el presupuesto de la NASA. Desfinanciar NERVA II ahorró $ 400 millones, principalmente en nuevas instalaciones que serían necesarias para probarlo. Esta vez AEC y NASA accedieron, porque la prueba NRX A6 había demostrado que NERVA I podía realizar las misiones esperadas de NERVA II. [103] Al año siguiente, Webb intentó tomar dinero de NERVA I para pagar los gastos generales de la NASA después de que el Congreso redujera el presupuesto de la NASA a 3.800 millones de dólares. Johnson restableció la financiación de NERVA I, pero no la de la NASA. [104]
NERVA tenía muchas misiones propuestas. La NASA consideró utilizar Saturno V y NERVA en un "Grand Tour" del Sistema Solar. Una alineación poco común de los planetas que ocurre cada 174 años ocurrió entre 1976 y 1980, 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 suponiendo que NERVA tuviera un impulso específico de solo 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 libras) 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, por supuesto, la misión a Marte, que Klein evitó mencionar diplomáticamente, [105] sabiendo que, incluso tras el alunizaje del Apolo 11 , la idea era impopular entre el Congreso y el público en general. [106]
Richard Nixon reemplazó a Johnson como presidente el 20 de enero de 1969, y la reducción de costos se convirtió en la orden del día. La financiación del programa de la NASA fue algo reducida por el Congreso para el presupuesto federal , cerrando la línea de producción del Saturno V. [108] El 4 de enero de 1970, el administrador de la NASA, Thomas O. Paine, anunció la cancelación del Apolo 20 para que su Saturno V estuviera disponible para lanzar el Skylab . [109] La cancelación del Apolo 18 y 19 siguió en septiembre de 1970. [110] Pero NERVA permaneció; Klein respaldó un plan por el cual el transbordador espacial elevaría un motor NERVA a la órbita, y luego regresaría con combustible y una carga útil. Esto podría repetirse, ya que NERVA era reiniciable. [105] [111] NERVA ahora necesitaba el transbordador, pero el transbordador no necesitaba a NERVA. [112] NERVA todavía contaba con el firme apoyo de Anderson y Cannon en el Senado, pero Anderson estaba envejeciendo y cansado, y ahora delegó muchas de sus funciones a Cannon. NERVA recibió $88 millones en el año fiscal (FY) 1970 y $85 millones en el año fiscal 1971, fondos que provenían conjuntamente de la NASA y la AEC. [113]
En diciembre de 1970, la Oficina de Administración y Presupuesto recomendó la cancelación de NERVA y Skylab, pero Nixon se mostró reacio a hacerlo, ya que su cancelación podría costar hasta 20.000 puestos de trabajo, principalmente en California , [114] un estado en el que Nixon sintió que necesitaba ganar en las elecciones de 1972. [ 115] Decidió mantenerlo vivo con un nivel de financiación bajo y cancelar el Apollo 17 en su lugar. La preocupación sobre el Apollo 17 era sobre las consecuencias políticas si fallaba en lugar del costo, y esto finalmente se abordó posponiéndolo hasta diciembre de 1972, después de las elecciones. [116] Cuando Nixon intentó matar a NERVA en 1971, el senador Anderson y la senadora Margaret Chase Smith en su lugar mataron el proyecto favorito de Nixon, el transporte supersónico Boeing 2707 (SST). Esta fue una derrota sorprendente para el presidente. [117] En el presupuesto para el año fiscal 1972, se recortó la financiación del transbordador, pero NERVA y Apollo 17 sobrevivieron. [118] Aunque la solicitud de presupuesto de NERVA era de solo 17,4 millones de dólares, el Congreso asignó 69 millones de ellos; Nixon solo gastó 29 millones de ellos. [113] [a]
El Congreso volvió a apoyar a NERVA en 1972. Una coalición bipartidista encabezada por Smith y Cannon destinó 100 millones de dólares para el pequeño motor NERVA que cabría en el compartimento de carga del transbordador, cuyo coste se estimó en unos 250 millones de dólares a lo largo de una década. Añadieron una estipulación de que no habría más fondos para reprogramar NERVA para pagar otras actividades de la NASA. La administración de Nixon decidió cancelar NERVA de todos modos. El 5 de enero de 1973, la NASA anunció que NERVA había sido descontinuado. El personal de LASL y SNPO estaba atónito; el proyecto de construir un pequeño NERVA había ido bien. Los despidos comenzaron inmediatamente y el SNPO se abolió en junio. [119] Después de 17 años de investigación y desarrollo, los proyectos Nova y NERVA habían gastado unos 1.400 millones de dólares, pero NERVA nunca había volado. [120]
En 1983, la Iniciativa de Defensa Estratégica ("Star Wars") identificó misiones que podrían beneficiarse de cohetes más potentes que los cohetes químicos, y algunas que solo podrían llevarse a cabo con cohetes más potentes. [121] En febrero de 1983 se creó un proyecto de propulsión nuclear, SP-100, con el objetivo de desarrollar un sistema de cohete nuclear de 100 KW. El concepto incorporaba un reactor de lecho de partículas/guijarros , un concepto desarrollado por James R. Powell en el Laboratorio Nacional de Brookhaven , que prometía un impulso específico de hasta 1.000 segundos (9,8 km/s) y una relación empuje/peso de entre 25 y 35 para niveles de empuje superiores a 89.000 newtons (20.000 lbf). [122]
De 1987 a 1991, este proyecto se financió como un proyecto secreto con el nombre en código de Proyecto Timber Wind , que gastó 139 millones de dólares. [123] El proyecto de cohete propuesto se transfirió al programa de Propulsión Térmica Nuclear Espacial (SNTP) en el Laboratorio Phillips de la Fuerza Aérea en octubre de 1991. [124] La NASA realizó estudios como parte de su Iniciativa de Exploración Espacial (SEI) de 1992, pero consideró que el SNTP ofrecía una mejora insuficiente sobre NERVA y no era necesario para ninguna misión SEI. El programa SNTP se dio por terminado en enero de 1994, [122] [125] después de que se gastaran 200 millones de dólares. [126]
En 2013, en el MSFC se estudió un motor para viajes interplanetarios desde la órbita terrestre a la órbita de Marte y viceversa, centrándose en los motores de cohetes térmicos nucleares (NTR). [127] Dado que los NTR 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 menor duración del vuelo, estimada en 3-4 meses con motores NTR, [128] en comparación con los 8-9 meses con motores químicos, [129] reduciría la exposición de la tripulación a rayos cósmicos potencialmente dañinos y difíciles de proteger . [130] Los motores NTR fueron seleccionados en la Arquitectura de Referencia de Diseño de Marte (DRA). [131]
El 22 de mayo de 2019, el Congreso aprobó una financiación de 125 millones de dólares para el desarrollo de cohetes de propulsión térmica nuclear. [132] [133] El 19 de octubre de 2020, la empresa Ultra Safe Nuclear Technologies, con sede en Seattle , entregó un concepto de diseño de NTR a la NASA empleando partículas de combustible encapsuladas en ZrC de uranio poco enriquecido de alto ensayo (HALEU) como parte de un estudio de NTR patrocinado por la NASA gestionado por Analytical Mechanics Associates (AMA). [134] [135] 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 misiones tripuladas de la NASA a Marte. [136] En 2023, DARPA anunció que el reactor y el combustible del Cohete de Demostración para Operaciones Cislunares Ágiles (DRACO) serían suministrados por BWXT . [137]
