Nuevos diseños de motor nuclear podrían viajar al espacio profundo
31 marzo, 2022
La exploración espacial lleva ya algunas décadas y aún así, quedan muchas posibilidades por explorar en cuanto a vehículos que viajen por el cosmos se refiere. La Oficina de Propulsión Nuclear Espacial (NTP, por sus siglas en inglés) trabaja en conjunto con distintas universidades estadounidenses para desarrollar nuevos conceptos de propulsión que faciliten los viajes estelares. El sistema de propulsión termal conocido como combustible líquido centrifugado a través de burbujas podría ser la clave para el futuro de los viajes al espacio profundo.
Un sistema que está pasando de la teoría a la práctica
La investigación sobre NTP se desarrolla en el Centro de Vuelo Espacial Marshall (MSFC) de la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio estadounidense (NASA). En el desarrollo de esta tecnología participan también la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), la Universidad de Rhode Island (URI), la Universidad Drexel, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad Estatal de Pennsylvania y la Universidad de Michigan (U-M). Este concepto de propulsión a partir de un combustible sólido es una de entre tres propuestas de diseño basadas en hidrógeno para la siguiente generación de cohetes.
Crédito: Centro de Investigación Johnson de la UAH.
El concepto de este tipo de propulsión se encuentra en desarrollo y el 11 de marzo se reunieron los colaboradores de las distintas instituciones en un taller organizado por la UAH para discutir avances. El NTP utiliza hidrógeno como gas propulsor para obtener temperaturas muy altas sin combustión. Dentro de un cilindro con pared porosa gira un núcleo de uranio líquido. Dentro del cilindro se burbujea al hidrógeno que se expande rápidamente. Mientras el hidrógeno escapa por la boquilla proporciona el empuje que desplaza a la nave espacial.
“En la combustión convencional de motores de combustible líquido, las moléculas de propelente resultantes - H2O en el caso del hidrógeno y el oxígeno - son mucho más pesadas debido a esos átomos de oxígeno relativamente pesados, y no saldrán de la boquilla tan rápido, proporcionando más empuje pero menos impulso”, explica el Doctor Dale Thomas de la UAH, quien es director de investigación en el proyecto. Entre las ventajas de este sistema está que ofrece un rendimiento mayor a los tradicionales, explica el especialista.
Los conceptos de impulso y empuje son importantes para los viajes espaciales. El empuje es la fuerza que proporciona el motor y permite, por ejemplo, el despegue con que la nave vence a la gravedad al salir de la Tierra. Por otro lado, el impulso es el cambio en el momento por unidad de combustible, un detalle de gran importancia cuando la nave viaja por el espacio. El Doctor Thomas ejemplifica con un automóvil; el empuje sería equivalente al torque y el impulso a las millas por galón (o kilómetros por litro en el sistema internacional).
El sistema de propulsión tiene varios detalles por afinar. Uno de los más importantes es el material del que tendría que fabricarse el cilindro; éste debe ser poroso y resistir el contacto directo con el combustible de uranio derretido. Por ahora se trabaja en tres áreas indispensables para el diseño de este sistema de propulsión: 1) un modelo de transferencia termodinámico de calor entre el uranio líquido y el hidrógeno gaseoso, 2) modelado y análisis de la geometría y trayectoria de la trayectoria de las burbujas de hidrógeno gaseoso en un medio líquido de uranio y 3) realizar los experimentos que confirmen las predicciones anlísticas de los modelos dinámicos y termodinámicos.
"Este concepto de burbujas ha existido desde los años 60", explica el Doctor Thomas. "La física se entiende bien, pero los desafíos de ingeniería han impedido que este concepto vaya fuera de la mesa de dibujo en el pasado. Estamos tratando de ver si las tecnologías de hoy nos permitirán desarrollar un prototipo de motor NTP de combustible líquido viable", complementa. Apenas vemos los primeros pasos de esta tecnología, que en el futuro podría impulsar los viajes espaciales.