Cohete térmico nuclear
Un cohete térmico nuclear ( NTR ) es un tipo de cohete térmico en el que el calor de una reacción nuclear , a menudo fisión nuclear , reemplaza la energía química de los propulsores en un cohete químico . En un NTR, un fluido de trabajo , generalmente hidrógeno líquido , se calienta a una temperatura alta en un reactor nuclear y luego se expande a través de la tobera de un cohete para crear empuje . La fuente de calor nuclear externa teóricamente permite una velocidad de escape efectiva más altay se espera que duplique o triplique la capacidad de carga útil en comparación con los propulsores químicos que almacenan energía internamente.
Los NTR se han propuesto como tecnología de propulsión de naves espaciales , y las primeras pruebas en tierra se realizaron en 1955. Estados Unidos mantuvo un programa de desarrollo de NTR hasta 1973, cuando se cerró para centrarse en el desarrollo del transbordador espacial . Aunque se han construido y probado más de diez reactores de potencia variable, hasta 2021 [actualizar]no ha volado ningún cohete térmico nuclear. [1]
Mientras que todas las primeras aplicaciones para la propulsión de cohetes térmicos nucleares usaban procesos de fisión , la investigación en la década de 2010 se movió hacia enfoques de fusión . El proyecto Direct Fusion Drive en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton es un ejemplo de ello, aunque "la fusión de energía positiva sigue siendo esquiva". En 2019, el Congreso de los EE . UU. aprobó 125 millones de dólares en fondos para el desarrollo de cohetes de propulsión térmica nuclear. [1]
Los cohetes térmicos de propulsión nuclear son más efectivos que los cohetes térmicos químicos, principalmente porque pueden usar propulsores de baja masa molecular como el hidrógeno.
Como cohetes térmicos, los cohetes térmicos nucleares funcionan casi exactamente como los cohetes químicos : una fuente de calor libera energía térmica en un propulsor gaseoso dentro del cuerpo del motor, y una tobera en un extremo actúa como un motor térmico muy simple: permite que el propulsor expandirse alejándose del vehículo, llevando impulso con él y convirtiendo la energía térmica en energía cinética coherente. El impulso específico (Isp) del motor está determinado por la velocidad de la corriente de escape. Eso, a su vez, varía como la raíz cuadrada de la energía cinética cargada en cada unidad de masa de propulsor. La energía cinética por molécula de propelente está determinada por la temperatura de la fuente de calor (ya sea un reactor nuclearo una reacción química ). A cualquier temperatura en particular, las moléculas propulsoras livianas transportan tanta energía cinética como las moléculas propulsoras más pesadas y, por lo tanto, tienen más energía cinética por unidad de masa. Esto hace que los propulsores de baja masa molecular sean más efectivos que los propulsores de alta masa molecular.
Debido a que los cohetes químicos y los cohetes nucleares están hechos de materiales sólidos refractarios, ambos están limitados a operar por debajo de ~3000°C, por las características de resistencia de los metales de alta temperatura. Los cohetes químicos utilizan el propulsor más fácilmente disponible, que son los productos de desecho de las reacciones químicas que producen su energía térmica. La mayoría de los cohetes químicos de combustible líquido utilizan hidrógeno o combustión de hidrocarburos y, por lo tanto, el propulsor es principalmente agua (masa molecular 18) y/o dióxido de carbono (masa molecular 44). Los cohetes térmicos nucleares que utilizan como propulsor hidrógeno gaseoso (masa molecular 2), por lo tanto, tienen un Isp máximo teórico que es 3x-4,5x mayor que el de los cohetes químicos.
