NASA y DARPA trabajan en motor nuclear con miras a próximas misiones a Marte

NASA informó de una nueva colaboración con la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA, por sus siglas en inglés) con la intención de construir un nuevo motor de cohete que sea térmico nuclear (NTR, por sus siglas en inglés) para completar sus futuras misiones, como es el proyecto Artemis que contempla el regreso del hombre a la Luna y la primera exploración humana a Marte.

La colaboración informada el pasado 24 de enero busca crear un motor con la capacidad para permitir las misiones tripuladas de la NASA a Marte. Este acuerdo fue diseñado para beneficiar a ambas agencias, por lo que se tienen claros los roles, responsabilidades y procesos que deberán seguir cada una de las agencias.

Ambas trabajarán por medio del programa Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations o DRACO, perteneciente a la DARPA y se espera que la primera prueba del proyecto se realice para el 2027.

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¿Cómo funcionará el motor nuclear de la NASA?

Las agencias explicaron que la propulsión de motor térmico nuclear ofrece una alta relación empuje-peso cerca de 10,000 veces mayor a la de la propulsión eléctrica y con una eficiencia de dos a cinco veces mayor que la propulsión química en el espacio.

Del lado del programa DRACO indicó que ya ha construido antes los cohetes térmicos nucleares, lo que implica una ventaja inicial. Hace cerca de 50 años fue la primera vez que la tecnología se probó por primera vez bajo terreno.

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También, DRACO ha aprovechado la tecnología de anteriores motores, para cambiar su material de uranio altamente enriquecido a combustible de uranio poco enriquecido de alto ensayo (HALEU) con la intención de tener menos obstáculos logísticos en su ambicioso cronograma, describieron.

“La NASA trabajará con nuestro socio a largo plazo, DARPA, para desarrollar y demostrar tecnología avanzada de propulsión térmica nuclear a partir de 2027”, indicó Bill Nelson, administrador de la NASA. “Con la ayuda de esta nueva tecnología, los astronautas podrían viajar hacia y desde el espacio profundo más rápido que nunca, una capacidad importante para prepararse para las misiones tripuladas a Marte”.

DARPA se encuentra en la planeación para diseñar un sistema para que la reacción de fisión del motor DRACO se encienda solo una vez que llegue al espacio.

La fisión en el motor se logra al igual que la energía nuclear con la división de átomos, para crear altos niveles de calor que pueden convertir el propulsor de los cohetes, como es el hidrogeno, de una fase líquida a una gaseosa. Esta propulsión gaseosa se acelera hacia una tobera convergente/divergente como ocurre en un motor de cohete químico convencional.

Este motor tendrá un rendimiento mayor al poseer un reactor por el que pasa su calor al propulsor del cohete. Por ello, se estima que las temperaturas que alcance el motor de DRACO lleguen casi a los 5,000 grados Fahrenheit, es decir, 2,700 grados Celsius por lo que se requieren materiales avanzados para su construcción.

Los cohetes térmico nucleares tendrían otros beneficios como un tiempo de viaje más rápido, por lo que habría un menor riesgo para los astronautas y que es un factor clave para cualquier exploración humana que se intente hacia Marte.

Reducir el tiempo de viaje espacial implicaría una menor cantidad de suministros y utilizar sistemas menos robustos, tecnología de transporte que llevaría a la NASA a cumplir sus objetivos más rápido.

“La NASA está en una posición única para brindar orientación sobre las desafiantes especificaciones de gestión de fluidos criogénicos y motores de cohetes con hidrogeno líquido para satisfacer las necesidades específicas de la misión. Dado que el NTR usa el propulsor de manera más eficiente, ofrece trayectorias más agresivas y perfiles de combustión creativos para mover cargas pesadas más rápidamente en el dominio cislunar en comparación con los métodos de propulsión en el espacio actuales”, explicó la doctora Tabitha Dodson, gerente del programa DARP para DRACO.

La doctora añadió: “Llevamos a cabo varios experimentos con el reactor a varios niveles de potencia mientras estamos en el espacio, enviando los resultados a los operadores en la Tierra, antes de ejecutar la prueba del motor del cohete de potencia total de forma remota”.

NASA y su colaboración con DARPA

NASA indicó que fue en el marco de los proyectos Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application y Rover de la agencia realizados hace 50 años la última vez que se realizaron pruebas con motores de cohetes términos nucleares por los Estados Unidos.

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También, la agencia junto al Departamento de Energía (DOE) y la industria aeroespacial trabajan en el desarrollo de tecnologías nucleares espaciales avanzadas para múltiples iniciativas para aprovechar la energía para las futuras exploraciones espaciales. En especial, se trabaja en el desarrollo de combustibles de fisión de temperatura más alta y diseños de reactores como parte de un motor de propulsión térmica nuclear.

Respecto a su relación con DARPA, la NASA indicó que esta permite desarrollar sus respectivas misiones como son el servicio en el espacio.

“DARPA y la NASA tienen una larga historia de colaboración fructífera en el avance de tecnologías para nuestros respectivos objetivos, desde el cohete Saturno V que llevó a los humanos a la Luna por primera vez hasta el servicio robótico y el reabastecimiento de combustible de los satélites”, explicó Stefanie Tompkins, doctora y directora de DARPA.

En el acuerdo de colaboración NASA liderará el desarrollo técnico del motor térmico nuclear que se integrará con la nave espacial experimental de DARPA. Del lado de DARPA, actuará como órgano de contratación para el desarrollo de toda la etapa y el motor, lo que incluye el reactor, por lo que liderará el programa general. Durante el desarrollo las agencias colaborarán en el ensamblaje del motor previo a la demostración en el espacio programada para 2027.