SNAP-10A (Systems for Nuclear, Auxiliary Power, [3] también conocido como Snapshot for Space Nuclear Auxiliary Power Shot, también conocido como OPS 4682 , COSPAR 1965-027A [4] ) fue un satélite experimental de propulsión nuclear estadounidense lanzado al espacio en 1965 [ 5] como parte del programa SNAPSHOT. [6] [4] La prueba marcó tanto la primera operación mundial de un reactor nuclear en órbita, [7] [8] como la primera operación de un sistema propulsor de iones en órbita. Es el único reactor de fisiónsistema de energía lanzado al espacio por los Estados Unidos. El reactor dejó de funcionar después de solo 43 días debido a una falla en un componente eléctrico no nuclear. [9] El reactor del Programa de Energía Auxiliar Nuclear de Sistemas (SNAP) se desarrolló específicamente para su uso por satélite en los años 50 y principios de los 60 bajo la supervisión de la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos . [10] [11]
Tipo de misión | Ingenieria |
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Operador | USAF |
ID COSPAR | 1965-27A |
SATCAT no. | 01314 |
Duración de la misión | 43 días |
Propiedades de la nave espacial | |
Fabricante | Atomics International |
Masa de lanzamiento | 440 kg (970 libras) |
Inicio de la misión | |
Fecha de lanzamiento | 3 de abril de 1965, 21:25 |
Cohete | Atlas-Agena D |
Sitio de lanzamiento | Vandenberg AFB, PALC2-4 [1] |
Parámetros orbitales | |
Sistema de referencia | Geocéntrico |
Régimen | Tierra baja |
Excentricidad | 0,00319 |
Altitud del perigeo | 1.268 km (788 millas) |
Altitud de apogeo | 1.317 km (818 millas) |
Inclinación | 90,2 ° |
Período | 111,4 minutos [2] |
Época | 3 de abril de 1965 |
Sistemas de energía auxiliar nuclear |
Historia
El programa Systems for Nuclear Auxiliary Power (SNAP) desarrollado como resultado de Project Feedback, un estudio de Rand Corporation de satélites de reconocimiento completado en 1954. [12] Como algunos de los satélites propuestos tenían altas demandas de potencia, algunos tan altos como unos pocos kilovatios , la Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos (AEC) solicitó una serie de estudios de plantas de energía nuclear a la industria en 1951. Completados en 1952, estos estudios determinaron que las plantas de energía nuclear eran técnicamente viables para su uso en satélites. [13] : 5
En 1955, la AEC inició dos proyectos de energía nuclear SNAP paralelos. Uno, contratado por The Martin Company, utilizó la desintegración radioisotópica como fuente de energía para sus generadores; estas plantas recibieron designaciones SNAP de números impares comenzando con SNAP-1. El otro proyecto utilizó reactores nucleares para generar energía y fue desarrollado por la División Atomics International de la Aviación de América del Norte . Sus sistemas recibieron designaciones SNAP con números pares, siendo la primera SNAP-2. [13] : 5
SNAP-10A fue el primer sistema de energía de reactor nuclear de Atomics International construido para su uso en el espacio. Desarrollado a partir del diseño SNAP-10 de 300 vatios, SNAP-10A cumplió con un requisito del Departamento de Defensa de 1961 para un sistema de 500 vatios. [13] : 5,7
La mayor parte del desarrollo de sistemas y las pruebas de reactores se llevaron a cabo en el Laboratorio de Campo de Santa Susana , Condado de Ventura, California, utilizando una serie de instalaciones especializadas. [14]
Construcción
El SNAP-10A tiene tres componentes principales: un reactor nuclear compacto, el reflector del reactor y el sistema de control, un sistema de transferencia de calor y conversión de energía. [ cita requerida ]
El reactor mide 39,62 cm (15,6 pulgadas) de largo, 22,4 cm (8,8 pulgadas) de diámetro y contiene 37 barras de combustible que contienen 235 U como combustible de hidruro de uranio-circonio. [15] El reactor SNAP-10A fue diseñado para una potencia térmica de 30 kW y sin blindaje pesa 650 lb (290 kg). El reactor se puede identificar en la parte superior de la unidad SNAP-10A. [dieciséis]
Se dispusieron reflectores alrededor del exterior del reactor para proporcionar los medios para controlar el reactor. Los reflectores estaban compuestos por una capa de berilio, que reflejaría neutrones, permitiendo así que el reactor comenzara y mantuviera el proceso de fisión. Los reflectores se mantuvieron en su lugar mediante una banda de retención anclada por un perno explosivo . Cuando el reflector fue expulsado de la unidad, el reactor no pudo sostener la reacción de fisión nuclear y el reactor se apagó permanentemente. [ cita requerida ]
La aleación eutéctica de sodio-potasio ( NaK ) se utilizó como refrigerante en el SNAP-10A. El NaK se hizo circular a través del núcleo y los convertidores termoeléctricos mediante una bomba de conducción de corriente continua de metal líquido . Los convertidores termoeléctricos (identificados como el "delantal" blanco largo) son materiales de germanio de silicio dopados, acoplados térmicamente, pero aislados eléctricamente del medio de transferencia de calor NaK. La diferencia de temperatura entre el NaK en un lado del convertidor termoeléctrico y el frío del espacio en el otro creó un potencial eléctrico y electricidad utilizable. [17]
Misión SNAPSHOT
Lanzamiento y operación orbital
El SNAP-10A fue lanzado desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg por un cohete ATLAS Agena D el 3 de abril de 1965 a una altitud de órbita terrestre baja de aprox. 1.300 km. Está en una órbita polar ligeramente retrógrada [18] - esto aseguró que las etapas del cohete gastadas aterrizaran en el océano. Su fuente de energía nuclear, compuesta por elementos termoeléctricos, estaba destinada a producir más de 500 vatios de energía eléctrica durante un año. [19] [20] Después de 43 días, un regulador de voltaje a bordo dentro de la nave espacial, no relacionado con el reactor SNAP, falló, lo que provocó que el núcleo del reactor se apagara, después de alcanzar una potencia máxima de 590 vatios. [15] [21]
Después del fallo del sistema de 1965, el reactor quedó en una órbita terrestre de 1.300 kilómetros (700 nmi) durante una duración prevista de 4.000 años. [10] [22] [23]
En noviembre de 1979, el vehículo comenzó a desprenderse y finalmente perdió 50 piezas de escombros rastreables . Se desconocían las razones, pero la causa podría haber sido una colisión. Aunque el cuerpo principal permanece en su lugar, es posible que se haya liberado material radiactivo. Investigaciones posteriores, publicadas en 2008 y basadas en datos de Haystack , sugieren que hay otras 60 o más piezas de escombros de tamaño <10 cm [21] [24]
Propulsión de iones
La prueba SNAPSHOT incluyó un propulsor de iones de cesio como carga útil secundaria, la primera prueba de un sistema de propulsión de una nave espacial con propulsión eléctrica para operar en órbita (después de la prueba suborbital SERT-1 en 1964). La fuente de alimentación de haz de iones se hizo funcionar a 4500 V y 80 mA para producir un empuje de aproximadamente 8,5 mN. [6] El motor de iones debía funcionar con baterías durante aproximadamente una hora, y luego las baterías debían cargarse durante aproximadamente 15 horas utilizando 0,1 kW del sistema SNAP nominal de 0,5 kW como fuente de alimentación. El motor de iones funcionó durante un período de menos de 1 hora antes de ser apagado permanentemente. El análisis de los datos de vuelo indicó un número significativo de fallas de alto voltaje, y esto aparentemente causó interferencia electromagnética (EMI), lo que provocó perturbaciones de actitud de la nave espacial. Las pruebas en tierra indicaron que el arco del motor produjo EMI conducida e irradiada significativamente por encima de los niveles de diseño. [ cita requerida ]
Seguridad
El programa de reactores SNAP requirió un programa de seguridad y condujo al inicio del Programa de Seguridad Nuclear Aeroespacial. El programa fue establecido para evaluar los peligros nucleares asociados con la construcción, lanzamiento, operación y disposición de los sistemas SNAP y para desarrollar diseños para asegurar su seguridad radiológica. [ cita requerida ]
Atomics International tenía la responsabilidad principal de la seguridad, mientras que Sandia National Laboratories fue responsable de la Revisión independiente de seguridad aeroespacial y realizó muchas de las pruebas de seguridad. Antes de que se permitiera el lanzamiento, era necesario obtener pruebas de que, en todas las circunstancias, el lanzamiento del reactor no supondría una amenaza grave. [ cita requerida ]
Se completaron con éxito una variedad de pruebas y varios videos del desarrollo y las pruebas están disponibles para su visualización. [25] El Laboratorio Nacional de Idaho realizó tres pruebas destructivas de reactores nucleares SNAP en el Área de Pruebas Norte antes del lanzamiento de SNAP-10A. [26] El experimento destructivo SNAPTRAN-3, el 1 de abril de 1964, simuló el impacto de un cohete en el océano, enviando deliberadamente desechos radiactivos a través del desierto de Idaho.
Las pruebas y el desarrollo que involucran materiales radiactivos causaron contaminación ambiental en las instalaciones del antiguo Laboratorio de Campo Atomics International Santa Susana (SSFL). El Departamento de Energía de los Estados Unidos es responsable de la identificación y limpieza de la contaminación radiactiva. (El SSFL también se usó para las pruebas no relacionadas y el desarrollo de motores de cohetes por Rocketdyne principalmente para la NASA ). El sitio web del DOE que respalda la limpieza del sitio [27] detalla el desarrollo histórico de la energía nuclear en SSFL, incluidas las pruebas SNAP adicionales y la información de desarrollo.
Programas de trabajo y seguimiento relacionados
Atomics International también desarrolló y probó otros reactores nucleares compactos, incluidas las unidades SNAP Experimental Reactor (SER), SNAP-2, SNAP-8 Developmental Reactor (SNAP8-DR) y SNAP-8 Experimental Reactor (SNAP-8ER) en el campo de Santa Susana. Laboratorio (consulte el artículo Sistemas para energía auxiliar nuclear ). Atomics International también construyó y operó el Experimento del Reactor de Sodio , la primera planta de energía nuclear de EE. UU. En suministrar electricidad a un sistema de energía público. [ cita requerida ]
A partir de 2010[actualizar], se han enviado al espacio más de 30 pequeños reactores nucleares de sistemas de energía de fisión en satélites soviéticos RORSAT ; Además, se han utilizado más de 40 generadores termoeléctricos de radioisótopos en todo el mundo (principalmente en los Estados Unidos y la URSS) en misiones espaciales. [10]
Ver también
- Energía nuclear en el espacio
- RORSAT , los satélites propulsados por reactores nucleares de la Unión Soviética.
- Motor de fisión asequible y seguro , serie experimental de la NASA
Referencias
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Energía nuclear espacial: desde 1961, los EE. UU. Han volado más de 40 generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) con un historial operativo esencialmente perfecto. Los detalles de estos RTG y las misiones que han impulsado se han revisado a fondo en la literatura abierta. Estados Unidos ha volado solo un reactor, que se describe a continuación. La Unión Soviética ha volado solo 2 RTG y ha mostrado una preferencia por utilizar pequeños sistemas de energía de fisión en lugar de RTG. La URSS tenía un programa de energía de fisión espacial más agresivo que los EE. UU. Y voló más de 30 reactores. Aunque estos fueron diseñados para una vida útil corta, el programa demostró el uso exitoso de diseños y tecnología comunes.
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Inclinación: 90,3084 °
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enlaces externos
- Designador internacional : 1965-027A
- Instantánea - Órbita
- "Primer reactor en el espacio ... SNAP-10A" en YouTube