Un cohete nuclear de agua salada ( NSWR ) es un tipo teórico de cohete térmico nuclear que fue diseñado por Robert Zubrin . [1] En lugar del propulsor químico tradicional , como el de un cohete químico , el cohete sería alimentado por sales de plutonio o uranio enriquecido al 20 por ciento . La solución estaría contenida en un haz de tuberías recubiertas de carburo de boro (por sus propiedades de absorción de neutrones ). Mediante una combinación del revestimiento y el espacio entre las tuberías, el contenido no alcanzaría la masa crítica.hasta que la solución se bombea a una cámara de reacción , alcanzando así una masa crítica y siendo expulsada a través de una boquilla para generar empuje. [1]
Diseño propuesto
Los cohetes químicos ortodoxos utilizan energía térmica producida por reacciones químicas en una cámara de reacción para calentar los productos gaseosos. Luego, los productos se expulsan a través de una boquilla de propulsión a una velocidad muy alta, creando empuje. [2] En un cohete térmico nuclear (NTR), el empuje se crea calentando un fluido mediante el uso de un reactor de fisión nuclear. Cuanto menor sea el peso molecular del escape, teniendo el hidrógeno el menor posible, más eficiente puede ser el motor. Sin embargo, en este motor, el propulsor puede ser cualquiera de los muchos fluidos que tienen propiedades adecuadas ya que no participa en la generación de calor. [3] En un NSWR, el agua salada nuclear se haría fluir a través de una cámara de reacción y fuera de una boquilla de escape de tal manera ya tal velocidad que la masa crítica comenzaría una vez que la cámara se llenara hasta cierto punto; sin embargo, el pico de flujo de neutrones de la reacción de fisión ocurriría fuera del vehículo. [1]
Ventajas del diseño
Hay varias ventajas en relación con los diseños NTR convencionales. Como el flujo de neutrones máximo y las velocidades de reacción de fisión ocurrirían fuera del vehículo, estas actividades podrían ser mucho más vigorosas de lo que podrían ser si fuera necesario alojarlos en un recipiente (que tendría límites de temperatura debido a limitaciones de materiales). [1] Además, un reactor contenido solo puede permitir que un pequeño porcentaje de su combustible se someta a fisión en un momento dado, de lo contrario se sobrecalentaría y fundiría (o explotaría en una reacción en cadena de fisión descontrolada ). [4] La reacción de fisión en un NSWR es dinámica y debido a que los productos de reacción se agotan en el espacio, no tiene un límite en la proporción de combustible de fisión que reacciona. En muchos sentidos, los NSWR combinan las ventajas de los reactores de fisión y las bombas de fisión. [1]
Debido a que pueden aprovechar el poder de lo que es esencialmente una explosión de fisión nuclear continua, los NSWR tendrían un empuje muy alto y una velocidad de escape muy alta , lo que significa que el cohete podría acelerar rápidamente y ser extremadamente eficiente en términos de uso de propulsor. . La combinación de alto empuje y alto impulso específico es un rasgo muy raro en el mundo de los cohetes. [5] Un diseño generaría 13 meganewtons de empuje a una velocidad de escape de 66 km / s (o superior a 10,000 segundos ISP en comparación con ~ 4.5 km / s (450 s ISP) de velocidad de escape para los mejores cohetes químicos de la actualidad). [6]
El diseño y los cálculos discutidos anteriormente utilizan sales de uranio enriquecidas al 20 por ciento , sin embargo, sería plausible usar otro diseño que pudiera alcanzar velocidades de escape mucho más altas (4.725 km / s) y usar un cometa de hielo de 30.000 toneladas junto con 7.500 toneladas de sales de uranio altamente enriquecidas para propulsar una nave espacial de 300 toneladas hasta el 7,62% de la velocidad de la luz y potencialmente llegar a Alpha Centauri después de un viaje de 60 años. [1]
"Los NSWR comparten muchas de las características de los sistemas de propulsión de Orion , excepto que los NSWR generarían un empuje continuo en lugar de pulsado y podrían funcionar en escalas mucho más pequeñas que los diseños de Orion más pequeños factibles (que generalmente son grandes, debido a los requisitos del impacto). sistema absorbente y el tamaño mínimo de explosivos nucleares eficientes ) ". [7]
Limitaciones
El propulsor utilizado en el diseño inicial contendría una cantidad bastante grande del isótopo 235 U, relativamente caro , que no sería muy rentable. Sin embargo, si el uso de NSWR comenzara a aumentar, sería posible reemplazarlo con los isótopos 233 U o 239 Pu más baratos en reactores reproductores de fisión o (mucho mejores) reactores híbridos de fusión-fisión nuclear. Estos fisibles tendrían las características adecuadas para servir casi tan bien, a un costo relativamente bajo. [1] [8]
Otra limitación importante del diseño del cohete de agua salada nuclear de Robert Zubrin incluyó la falta de un material para ser utilizado en la cámara de reacción que realmente podría sostener tal reacción dentro de una nave espacial. Zubrin afirmó en su diseño que el aparato se creó de modo que el caudal o la velocidad del líquido fuera lo que más importara en el proceso, no el material. Por lo tanto, argumentó que si se elegía la velocidad adecuada para el líquido que viaja a través de la cámara de reacción, el sitio de máxima liberación de fisión podría ubicarse en el extremo de la cámara, permitiendo así que el sistema permanezca intacto y seguro para operar. Estas afirmaciones aún no se han probado debido a que nunca se ha realizado ninguna prueba de un dispositivo de este tipo. [9]
Por ejemplo, Zubrin sostiene que si el combustible nuclear diluido fluye hacia la cámara a una velocidad similar a la velocidad de difusión de los neutrones térmicos , entonces la reacción nuclear está confinada en la cámara y no daña el resto del sistema (es un análogo nuclear de un gas). quemador ). Un posible problema en esa línea de pensamiento podría ser el hecho de que los neutrones no se difunden todos a la misma velocidad (promedio), sino que tienen una distribución bastante amplia en varios órdenes de magnitud. Es muy posible que las colas de esta distribución de velocidad sean suficientes para generar suficiente calor en el sistema de alimentación de combustible (por dispersión y fisión) para destruir el sistema. [ cita requerida ] Esta pregunta quizás pueda responderse mediante simulaciones detalladas de Monte-Carlo del transporte de neutrones.
Los gases de escape de la nave contendrían isótopos radiactivos , pero en el espacio estos se dispersarían rápidamente después de viajar solo una corta distancia; el escape también viajaría a alta velocidad (en el escenario de Zubrin, más rápido que la velocidad de escape solar , lo que le permitiría eventualmente abandonar el Sistema Solar). Sin embargo, esto es de poca utilidad en la superficie de un planeta, donde un NSWR expulsaría cantidades masivas de vapor sobrecalentado, que aún contiene sales nucleares de fisión. Las pruebas terrestres pueden estar sujetas a objeciones razonables; como escribió un físico, "Escribir la declaración de impacto ambiental para tales pruebas [...] podría presentar un problema interesante ...". [10] Tampoco es seguro que la fisión en un NSWR pueda controlarse: "Si se puede controlar la criticidad rápida en un motor de cohete sigue siendo una cuestión abierta". [11]
Ver también
- Propulsión de naves espaciales
- Cohete de fragmentos de fisión
- Proyecto Orion
- Nivel de preparación tecnológica
Referencias
- ↑ a b c d e f g R. Zubrin (1991). "Cohetes de agua salada nuclear: alto empuje a 10.000 s I SP " (PDF) . Revista de la Sociedad Interplanetaria Británica . 44 : 371–376.
- ^ Angelin, Marcus; Rahm, Martin; Gabrielson, Erik; Gumaelius, Lena (17 de agosto de 2012). "Científico de cohetes por un día: investigando alternativas para la propulsión química". Revista de educación química . 89 : 1301-1304. Código Bibliográfico : 2012JChEd..89.1301A . doi : 10.1021 / ed200848r .
- ^ Babula, Mariah. "Propulsión de cohetes térmicos nucleares" . NASA.gov . Oficina de análisis de misiones y propulsión espacial de la NASA. Archivado desde el original el 11 de junio de 2013 . Consultado el 1 de mayo de 2016 .
- ^ Hasegawa, Koichi (marzo de 2012). "Hacer frente a los riesgos nucleares: lecciones del desastre nuclear de Fukushima". Revista Internacional de Sociología Japonesa . 21 (1): 84–91. doi : 10.1111 / j.1475-6781.2012.01164.x .
- ^ Braeunig, Robert. "Propulsión de cohetes" . braeunig.us . Archivado desde el original el 12 de junio de 2006 . Consultado el 1 de mayo de 2016 .
- ^ http://path-2.narod.ru/design/base_e/nswr.pdf
- ^ Dr. David P. Stern (19 de noviembre de 2003). "Caminos lejanos al espacio: energía nuclear" . De los astrónomos a las naves espaciales . Consultado el 14 de noviembre de 2012 .
- ^ Kang, Jungmin; von Hippel, Frank N. (2001). "U-232 y la resistencia a la proliferación del U-233 en combustible gastado". Ciencia y seguridad global . 9 : 1–32. Bibcode : 2001S y GS .... 9 .... 1K . doi : 10.1080 / 08929880108426485 .
- ^ "Columna de vista alternativa AV-56" . www.npl.washington.edu . Consultado el 18 de abril de 2017 .
- ^ John G. Cramer (diciembre de 1992). "Nuke Your Way to the Stars (columna de vista alternativa AV-56)" . Ciencia ficción analógica y realidad . Consultado el 7 de marzo de 2012 .
- ^ Dr. Ralph L. McNutt Jr. (31 de mayo de 1999). "Un explorador interestelar realista" (PDF) . Informe final de la Fase I Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA . Consultado el 14 de noviembre de 2012 .