El programa Systems Nuclear Auxiliary POWER ( SNAP ) fue un programa de generadores termoeléctricos de radioisótopos experimentales (RTG) y reactores nucleares espaciales volados durante la década de 1960 por la NASA .
SNAP de número impar: generadores termoeléctricos de radioisótopos
Los generadores termoeléctricos de radioisótopos utilizan el calor de la desintegración radiactiva para producir electricidad. [ cita requerida ]
SNAP-1
SNAP-1 fue una plataforma de prueba que nunca se implementó, utilizando cerio-144 en un ciclo Rankine con mercurio como fluido de transferencia de calor . Operado con éxito durante 2500 horas. [1]
SNAP-3
SNAP-3 fue el primer RTG utilizado en una misión espacial (1961). Lanzado a bordo de los satélites de navegación US Navy Transit 4A y 4B . La salida eléctrica de este RTG fue de 2,5 vatios. [1]
SNAP-7
SNAP-7 fue diseñado para aplicaciones marinas como faros y boyas; [2] al menos seis unidades se desplegaron a mediados de la década de 1960, con los nombres SNAP-7A a SNAP-7F. SNAP-7D produjo treinta vatios de electricidad [3] utilizando 225 kilocurios (8,3 PBq ) [2] (aproximadamente cuatro kilogramos) de estroncio-90 como SrTiO 3 . Se trataba de unidades muy grandes, que pesaban entre 1.870 y 6.000 libras (850 y 2.720 kg). [1]
SNAP-9
Después de SNAP-3 en Transit 4A / B, las unidades SNAP-9A sirvieron a bordo de muchas de las series de satélites Transit . En abril de 1964, un SNAP-9A no pudo alcanzar la órbita y se desintegró, dispersando aproximadamente 1 kilogramo (2,2 libras) de plutonio-238 en todos los continentes. La mayor parte del plutonio cayó en el hemisferio sur. Un estimado de 6300 GBq o 2100 personas-Sv de radiación fue liberado [4] [5] [6] [7] y condujo al desarrollo de la tecnología de energía solar fotovoltaica por parte de la NASA. [8] [se necesita una mejor fuente ]
SNAP-11
SNAP-11 era un RTG experimental destinado a alimentar las sondas Surveyor durante la noche lunar. Los RTG curium-242 habrían producido 25 vatios de electricidad utilizando 900 vatios de energía térmica durante 130 días. La temperatura de la unión caliente fue de 925 ° F (496 ° C; 769 K), la temperatura de la unión fría fue de 350 ° F (177 ° C; 450 K). Tenían un sistema de control térmico líquido NaK y un obturador móvil para descargar el exceso de calor. [9] [10] No se utilizaron en las misiones de Surveyor. [ cita requerida ]
"En general, el bloque de combustible SNAP 11 es una unidad cilíndrica de múltiples materiales que ocupa el volumen interno del generador. Se ubica la cápsula de combustible TZM (aleación de molibdeno), alimentada con curio-242 (Cm 2 O 3 en una matriz de iridio) en el centro del bloque de combustible. La cápsula está rodeada por una esfera de platino, de aproximadamente 2-1 / 4 pulgadas de diámetro, que proporciona protección y actúa como un absorbedor de energía para las consideraciones de impacto. Este conjunto está encerrado en subconjuntos de grafito y berilio para proporcionar la adecuada distribución térmica y protección ablativa ". [10]
SNAP-19
SNAP-19 (B) fue desarrollado para el satélite Nimbus-B por la División Nuclear de la Compañía Martin-Marietta [11] (ahora Teledyne Energy Systems). Alimentados con plutonio-238, dos generadores de termopar de telururo de plomo en paralelo produjeron un máximo inicial de aproximadamente 30 vatios de electricidad. [12] Nimbus 3 usó un SNAP-19B con el combustible recuperado del intento de Nimbus-B1. [13]
SNAP-19 impulsó las misiones Pioneer 10 y Pioneer 11 . [14] Utilizaron elementos termoeléctricos tipo n 2N-PbTe y tipo p TAGS-85. [15]
Se utilizaron SNAP-19B modificados para los módulos de aterrizaje Viking 1 y Viking 2 . [dieciséis]
Se usó un SNAP-19C para alimentar una matriz de telemetría en Nanda Devi en Uttarakhand para una operación de la CIA para rastrear los lanzamientos de misiles chinos. [17]
SNAP-21 y 23
SNAP-21 [18] y SNAP-23 fueron diseñados para uso bajo el agua [2] [19] y utilizaron estroncio-90 como fuente radiactiva, encapsulado como óxido de estroncio o titanato de estroncio . Produjeron unos diez vatios de electricidad.
SNAP-27
Cinco unidades SNAP-27 proporcionaron energía eléctrica para los Paquetes de Experimentos de la Superficie Lunar del Apolo (ALSEP) que dejaron en la Luna los Apolo 12 , 14 , 15 , 16 y 17 . La fuente de alimentación SNAP-27 pesaba unos 20 kilogramos, tenía 46 cm de largo y 40,6 cm de diámetro. Consistía en una cápsula de combustible central rodeada por anillos concéntricos de termopares. Fuera de los termopares había un conjunto de aletas para proporcionar el rechazo de calor del lado frío del termopar. Cada uno de los dispositivos SNAP produjo aproximadamente 75 W de energía eléctrica a 30 VCC. La fuente de energía para cada dispositivo era una varilla de plutonio-238 que proporcionaba una potencia térmica de aproximadamente 1250 W. [20] Esta cápsula de combustible, que contenía 3,8 kilogramos (8,4 lb) de plutonio-238 en forma de óxido (44,500 Ci o 1,65 PBq ) , fue llevado a la Luna en un barril de combustible separado adjunto al costado del Módulo Lunar . El barril de combustible proporcionó aislamiento térmico y agregó soporte estructural a la cápsula de combustible. En la Luna, el piloto del Módulo Lunar sacó la cápsula de combustible del barril y la insertó en el RTG.
Estas estaciones transmitieron información sobre terremotos e impactos de meteoritos, campos magnéticos y gravitacionales lunares, la temperatura interna de la Luna y la atmósfera de la Luna durante varios años después de las misiones. Después de diez años, un SNAP-27 todavía producía más del 90% de su potencia inicial de 70 vatios.
El barril de combustible de la unidad SNAP-27 transportada por la misión Apolo 13 se encuentra actualmente a 20.000 pies (6.100 m) de agua en el fondo de la Fosa de Tonga en el Océano Pacífico . Esta misión no pudo aterrizar en la luna, y el módulo lunar que transportaba su generador se quemó durante el reingreso a la atmósfera terrestre, con la trayectoria dispuesta de manera que el barril aterrizara en la trinchera. El barril sobrevivió al reingreso, como fue diseñado para hacer, [21] y no se ha detectado liberación de plutonio. Se espera que los materiales resistentes a la corrosión de la cápsula la contengan durante 10 vidas medias (870 años). [22]
SNAP pares: reactores nucleares compactos
Una serie de reactores nucleares compactos destinados al uso espacial, los SNAP pares fueron desarrollados para el gobierno de los Estados Unidos por la división Atomics International de North American Aviation . [ cita requerida ]
Reactor experimental SNAP (SER)
El Reactor Experimental SNAP (SER) fue el primer reactor construido con las especificaciones establecidas para aplicaciones de satélites espaciales. El SER utilizó hidruro de uranio y circonio como combustible y una aleación eutéctica de sodio y potasio ( NaK ) como refrigerante y operó a una temperatura de aproximadamente 50 kW. El sistema no tenía conversión de energía, pero utilizaba un sistema de ráfaga de aire de calor secundario para disipar el calor a la atmósfera. El SER utilizó un dispositivo moderador de reflector de reactor similar al SNAP-10A pero con un solo reflector. La criticidad se logró en septiembre de 1959 y el cierre final se completó en diciembre de 1961. El proyecto se consideró un éxito. Brindó confianza continua en el desarrollo del Programa SNAP y también condujo a una investigación profunda y al desarrollo de componentes. [ cita requerida ]
SNAP-2
El reactor de desarrollo SNAP-2 fue el segundo reactor SNAP construido. Este dispositivo utilizaba combustible de hidruro de uranio-circonio y tenía una potencia de reactor de diseño de 55 kW t . Fue el primer modelo en utilizar un conjunto de control de vuelo y se probó desde abril de 1961 hasta diciembre de 1962. El concepto básico era que la energía nuclear sería una fuente de energía a largo plazo para las cápsulas espaciales tripuladas. Sin embargo, la cápsula de la tripulación tuvo que protegerse de la radiación mortal que fluye desde el reactor nuclear. Rodear el reactor con un escudo de radiación estaba fuera de discusión. Sería demasiado pesado para lanzarlo con los cohetes disponibles en ese momento. Para proteger a la "tripulación" y la "carga útil", el sistema SNAP-2 utilizó un "escudo de sombra". El escudo era un cono truncado que contenía hidruro de litio . El reactor estaba en el extremo pequeño y la cápsula / carga útil de la tripulación estaba a la sombra del extremo grande. [ cita requerida ]
Se realizaron estudios sobre el reactor, los componentes individuales y el sistema de soporte. Atomics International, una división de North American Aviation, realizó el trabajo de desarrollo y prueba. La unidad de desarrollo de escudos SNAP-2 fue responsable de desarrollar el escudo de radiación. Crear el escudo significó derretir hidruro de litio y moldearlo en la forma requerida. La forma era un gran cono truncado. Se tuvo que verter hidruro de litio fundido en el molde de fundición poco a poco, de lo contrario, se agrietaría al enfriarse y solidificarse. Las grietas en el material del escudo serían fatales para cualquier tripulación espacial o carga útil que dependa de él porque permitiría que la radiación fluya a través del compartimiento de la tripulación / carga útil. A medida que el material se enfriaba, formaría una especie de vórtice hueco en el medio. Los ingenieros de desarrollo tuvieron que crear formas de llenar el vórtice manteniendo la integridad del escudo. Y, al hacer todo esto, tenían que tener en cuenta que estaban trabajando con un material que podía ser explosivamente inestable en un ambiente húmedo rico en oxígeno. El análisis también reveló que bajo gradientes térmicos y de radiación, el hidruro de litio podría disociarse y los iones de hidrógeno podrían migrar a través del escudo. Esto produciría variaciones en la eficacia del blindaje y podría someter las cargas útiles a una radiación intensa. Se hicieron esfuerzos para mitigar estos efectos. [ cita requerida ]
El SNAP 2DR utilizó un dispositivo moderador de reflector de reactor similar al SNAP-10A pero con dos reflectores fijos internos y móviles. El sistema se diseñó para que el reactor pudiera integrarse con un ciclo Rankine de mercurio para generar 3,5 kW de electricidad. [ cita requerida ]
SNAP-8
Los reactores SNAP-8 fueron diseñados, construidos y operados por Atomics International bajo contrato con la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio . Se produjeron dos reactores SNAP-8: el Reactor Experimental SNAP 8 y el Reactor de Desarrollo SNAP 8. Ambos reactores SNAP 8 utilizaron el mismo combustible de hidruro de uranio y circonio altamente enriquecido que los reactores SNAP 2 y SNAP 10A. El diseño de SNAP 8 incluía bucles NaK primarios y secundarios para transferir calor al sistema de conversión de energía rankine de mercurio . El sistema de generación eléctrica para los reactores SNAP 8 fue suministrado por Aerojet General . [23]
El Reactor Experimental SNAP 8 fue un reactor de 600 kW t que se probó desde 1963 hasta 1965. [ cita requerida ]
El reactor de desarrollo SNAP 8 tenía un núcleo de reactor que medía 9,5 por 33 pulgadas (24 por 84 cm), contenía un total de 18 libras (8,2 kg) de combustible y tenía una potencia nominal de 1 MW t . El reactor fue probado en 1969 en el Laboratorio de Campo de Santa Susana . [24]
SNAP-10A
El SNAP-10A fue un sistema de energía de reactor nuclear calificado para el espacio lanzado al espacio en 1965 bajo el programa SNAPSHOT . [25] [26] Fue construido como un proyecto de investigación para la Fuerza Aérea, para demostrar la capacidad de generar más energía que los RTG. El reactor empleó dos reflectores de berilio móviles para el control y generó 35 kW t al comienzo de su vida útil. [ cita requerida ] El sistema generó electricidad haciendo circular NaK alrededor de termopares de plomo y telurio. Para mitigar los peligros del lanzamiento, el reactor no se puso en marcha hasta que alcanzó una órbita segura. [ cita requerida ]
El SNAP-10A se lanzó a la órbita terrestre en abril de 1965 y se utilizó para alimentar un satélite de investigación Agena-D , construido por Lockheed / Martin. El sistema produjo 500W de energía eléctrica durante una prueba de vuelo abreviada de 43 días. El reactor fue apagado prematuramente por un receptor de comando defectuoso. Se prevé que permanecerá en órbita durante 4.000 años. [24]
Ver también
- Energía nuclear en el espacio
- Lista de sistemas de energía nuclear en el espacio
Referencias
- ^ a b c Estudio de plantas de energía eléctrica para aplicaciones espaciales
- ^ a b c "Radiactividad antropogénica: principales puntos de origen de la pluma - RADNET: sección 11" . www.davistownmuseum.org . Consultado el 31 de marzo de 2018 .
- ^ Young, CN (15 de marzo de 1963). "Snap 7d - Fuente de energía del generador termoeléctrico alimentado con estroncio-90. Estación meteorológica flotante de la Marina de los EE. UU. De treinta vatios. Informe final". OSTI 4713816 . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ Lovas, Rezső G. (2003). Manual de química nuclear: Instrumentación, técnicas de separación iusses ambientales . Springer Science & Business Media. pag. 308. ISBN 978-1-4020-1317-1.
- ^ Gieré, R .; Stille, Peter (31 de marzo de 2018). Energía, residuos y medio ambiente: una perspectiva geoquímica . Sociedad Geológica de Londres. pag. 145. ISBN 978-1-86239-167-3.
- ^ Preparación para emergencias de satélites de propulsión nuclear . Estocolmo: Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos. 1990. p. 21. ISBN 9264133526.
- ^ Hardy, EP; Krey, PW y Volchock, HL (1972). Inventario y distribución global de Pu-238 de SNAP-9A (PDF) . Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos. pag. 6.
- ^ Grossman, Karl. "Nukes In Space in Wake of Columbia Tragedy" . Hieronymous & Company . Consultado el 27 de agosto de 2012 .
- ^ Programa de topógrafo SNAP-11, tercer informe trimestral
- ^ a b Programa de topógrafos SNAP-11, decimotercer informe trimestral
- ^ Fihelly, Arthur W .; Baxter, Charles F. (16 de abril de 1970). "El experimento generador termoeléctrico de radioisótopos SNAP-19". Actas del Simposio Internacional de Electrónica de Geociencias del IEEE de 1970 .
- ^ "Manual técnico SNAP-19 RPS" .
- ^ "Inicio" . Sistemas de energía de radioisótopos de la NASA . Consultado el 31 de marzo de 2018 .
- ^ "SNAP-19: Pioneer F & G, Informe final], Teledyne Isotopes, 1973 [URL MUERTA" . Consultado el 31 de marzo de 2018 .
- ^ "INFORME SOBRE LAS PROPIEDADES Y RENDIMIENTO DE LAS ETIQUETAS" .
- ^ "Sistemas de energía heredados | Sistemas térmicos y de energía" . Sistemas de energía de radioisótopos de la NASA . Consultado el 12 de febrero de 2021 .
- ^ Desai, Shail (7 de mayo de 2017). "1965 misión de espionaje de Nanda Devi, la película" . menta . Consultado el 12 de febrero de 2021 .
- ^ "PROGRAMA SNAP-21, FASE II. SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO DE GENERADOR TERMOELÉCTRICO COMBUSTIBLE POR RADIOISÓTOPOS DE MAR PROFUNDO. Informe trimestral No. 9, 1 de julio de 1968 - 30 de septiembre de 1968. Informe trimestral No. 9, 1 de julio de 1968 - septiembre 30, 1968 ". 1 de enero de 1968. OSTI 4816023 . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ Mandelberg, M. (1971). "Conferencia IEEE 1971 sobre ingeniería en el medio ambiente oceánico: una baliza acústica oceanográfica y un sistema de telemetría de datos alimentado por un generador termoeléctrico radiosotópico SNAP-21": 220-223. doi : 10.1109 / OCEANS.1971.1161004 . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ https://atomicinsights.com/nuclear-batteries-tools-for-space-science/
- ^ Transcripción de descarga de ALSEP del Apolo 12 , que contiene un comentario sobre la capacidad de supervivencia de reentrada del barril de combustible
- ^ Preguntas frecuentes sobre el espacio 13/10 - Preguntas controvertidas , faq.org
- ^ Aerojet General Corporation (noviembre de 1971). Programa de desarrollo de sistemas de generación eléctrica SNAP-8 . Centro de Investigación Lewis de la NASA, Cleveland, Ohio. NASA CR-1907.
- ^ a b Voss, Susan (agosto de 1984). Descripción general del reactor SNAP (PDF) . Kirtland AFB, Nuevo México: Laboratorio de Armas de la Fuerza Aérea de EE. UU. AFWL-TN-84-14.
- ^ SNAPSHOT , NASA Glenn Research Center, 20 de marzo de 2007. Consultado el 3 de abril de 2019.
- ^ Instantánea , página del espacio de Gunther. Consultado el 3 de abril de 2019.
Fuentes
- ENERGÍA NUCLEAR EN EL ESPACIO Departamento de Energía de EE. UU., Oficina de Energía Nuclear, Ciencia y Tecnología
enlaces externos
- Programa de desarrollo de sistemas de generación eléctrica SNAP-8, Informe final
- SNAP-19, Fase 3. Informe de progreso trimestral, 1 de enero - 31 de marzo de 1966
- SNAP 19, Fase 3. Informe de progreso trimestral, 1 de abril - 30 de junio de 1966
- Análisis de la necesidad de sistemas Agena de destrucción de comandos y / o expulsión de generadores en la misión Nimbus B / SNAP-19
- Experiencia de integración SNAP-19 / Nimbus B
- SNAP-27, Volumen 1. Informe trimestral, 1 de julio - 30 de septiembre de 1966
- SNAP-27, Volumen 2. Informe trimestral, 1 de enero - 31 de marzo de 1966
- "Energía nuclear espacial" GLBennett 2006
- "FUENTES DE ENERGÍA NUCLEAR ESPACIAL" (Tablas con formato deficiente)