¿Existen alternativas seguras de lanzamiento a los RTG para la exploración del sistema solar exterior?

Los reactores de fisión pueden funcionar bien para las sondas espaciales, y eso probablemente sucederá. Los proyectos están actualmente en curso en las agencias de EE. UU. para desarrollar diseños para esto. En particular, Demostración usando Flattop Fissions (DUFF) .

¿Por qué un reactor de fisión?

• No es altamente radiactivo en el lanzamiento.
• puede ser compacto
• Puede tener alta potencia
• No está sujeto al suministro limitado de combustible.

La suposición es que usaría uranio enriquecido. Tal reactor probablemente usaría uranio enriquecido al 20%, porque ese es el límite entre el material oficialmente apto para armas. Aunque este material es algo políticamente problemático, no hay problemas de salud hasta que se enciende el reactor. Podrías sostenerlo en tus manos con total seguridad, aunque nunca te dejarían.

La siguiente preocupación que tiene la gente es "¿qué pasa si se enciende accidentalmente?" Es por eso que un reactor espacial utilizará tambores de control. Tenemos mucha investigación sobre seguridad nuclear para reactores espaciales, porque han sido considerados para misiones lunares y todo tipo de cosas, durante muchas décadas. Las barras de control pueden ser forzadas en el reactor si ocurre un choque, pero los tambores de control tienen que girar y no hay diferencia de densidad para causar eso. Están bloqueados en su lugar hasta bastante lejos de la superficie de la Tierra.

Si el reactor cae al océano, está diseñado para no volverse crítico. Correrías como loco para recuperarlo, porque no quieres que ningún grupo sospechoso recoja un reactor nuclear gratis, y el OIEA vigila de cerca los flujos de materiales nucleares en todo el mundo. Si la cosa se quemó y se esparció por un área grande, eso sería preocupante, pero no se producirán cánceres.

Un reactor de fisión en el espacio puede producir potencias extremadamente altas. Una sonda espacial usaría un diseño extremadamente modesto, con bajo consumo de combustible (eficiencia de combustible) y refrigeración pasiva. Aun así, dará más energía que cualquier RTG o panel solar. Necesitará mucho blindaje entre el reactor y la sonda en sí, y habrá una gran separación física entre las partes.

Los Sistemas de Potencia de Energía Química Almacenada (SCEPS) es una de las posibles alternativas. De la NASA :

Los sistemas de potencia de energía química almacenada (SCEPS) se han utilizado en los torpedos de la Marina de los EE. UU. durante décadas. Esta tecnología de alta densidad de energía y alta potencia se puede almacenar de manera confiable durante años. En la Fase I, analizamos la aplicabilidad de SCEPS para la exploración del sistema solar in situ, buscando ver si podría adaptarse para alimentar un módulo de aterrizaje enviado a un objetivo sin luz solar utilizable como fuente de energía. Desarrollamos una misión candidata a la superficie de Venus, lo que demuestra que SCEPS podría usarse para impulsar naves espaciales y módulos de aterrizaje. El equipo lo comparó con los sistemas convencionales alimentados por batería y plutonio, los cuales tienen deficiencias que SCEPS supera. Nuestro concepto promete una solución de energía que podría superar con creces la capacidad operativa de las baterías existentes, lo que permitiría continuar con la emocionante exploración a pesar de la falta de plutonio disponible. Proponemos continuar la investigación para aplicar SCEPS a misiones de exploración que no pueden ser alimentadas por luz solar. En este estudio, maduraremos la misión de Venus estudiada en la Fase I. También ampliaremos nuestra comprensión de la utilidad de SCEPS para la exploración de lunas, cometas, asteroides y otros objetivos donde la luz solar no es suficiente para impulsar la misión. Nos involucraremos con los líderes en la planificación científica para cuerpos pequeños, planetas exteriores y misiones robóticas a nuestra propia Luna y tomaremos una determinación del primer uso de SCEPS en el espacio, el de mayor impacto. Se realizará un experimento para determinar el desempeño de SCEPS cuando se usa CO2 como oxidante, aproximando la utilización de recursos in situ de la atmósfera de Venus. Se revisarán los objetivos científicos de Venus para preparar el concepto de Venus para el siguiente nivel de estudio. Se destacan dos riesgos clave. El primero es nuestra capacidad para reducir la potencia de la implementación actual de SCEPS a niveles más similares a los de las naves espaciales. Los sistemas aterrizados en Marte, por ejemplo, han tenido niveles de potencia del orden de cientos de vatios, mucho menos que los muchos miles de kilovatios que proporciona SCEPS para un torpedo de la Marina de los EE. UU. El trabajo propuesto aquí conduciría a una mejor comprensión de las operaciones SCEPS a niveles de potencia apropiados para la exploración espacial. El segundo riesgo es la combustión con recursos in situ. En el caso de la misión ALIVE, se propone como oxidante el CO2 atmosférico. El análisis realizado en la Fase I indica que la reacción daría el calor necesario para alimentar el módulo de aterrizaje. El uso de recursos in situ tiene sus ventajas: en el caso de la misión ALIVE, reduce en cientos de kilogramos la masa de consumibles que, de otro modo, habría que incluir el día del lanzamiento. En la Fase II buscamos la confirmación experimental de que esta reacción puede iniciarse y mantenerse a los niveles de potencia requeridos para un módulo de aterrizaje de este tipo. Vemos una oportunidad para ampliar nuestra comprensión del impacto que SCEPS podría tener en la exploración del sistema solar. El entorno sin sol de Venus se puede explorar mediante el uso de SCEPS, pero muchas regiones frías y sin sol también pueden beneficiarse. Enviar un sistema SCEPS para alimentar un módulo de aterrizaje en la superficie de Europa o en los lagos o dunas de Titán puede arrojar resultados científicos sustanciales que, de lo contrario, se desconocerían, o al menos se retrasarían mucho mientras la comunidad trabaja para resolver el problema de disponibilidad de plutonio. Desarrollaremos un modelo multivariable para la función y el rendimiento de SCEPS utilizando herramientas y técnicas avanzadas de visualización y exploración del espacio comercial. El espacio comercial incluirá la información recopilada de las partes interesadas. Las herramientas del espacio comercial nos permitirán ver la intersección de la capacidad SCEPS y la utilidad de la misión. Los resultados colectivos del estudio se utilizarán para crear una hoja de ruta para una mayor maduración de SCEPS para su uso en el espacio. En la Fase II, buscamos ampliar la comprensión de cómo enfocar mejor esta tecnología y planificar un camino para el desarrollo mediante el desarrollo de una hoja de ruta para el avance de TRL de SCEPS en el espacio que refleje los objetivos científicos del sistema solar de la NASA en esta década. El espacio comercial incluirá la información recopilada de las partes interesadas. Las herramientas del espacio comercial nos permitirán ver la intersección de la capacidad SCEPS y la utilidad de la misión. Los resultados colectivos del estudio se utilizarán para crear una hoja de ruta para una mayor maduración de SCEPS para su uso en el espacio. En la Fase II, buscamos ampliar la comprensión de cómo enfocar mejor esta tecnología y planificar un camino para el desarrollo mediante el desarrollo de una hoja de ruta para el avance de TRL de SCEPS en el espacio que refleje los objetivos científicos del sistema solar de la NASA en esta década. El espacio comercial incluirá la información recopilada de las partes interesadas. Las herramientas del espacio comercial nos permitirán ver la intersección de la capacidad SCEPS y la utilidad de la misión. Los resultados colectivos del estudio se utilizarán para crear una hoja de ruta para una mayor maduración de SCEPS para su uso en el espacio. En la Fase II, buscamos ampliar la comprensión de cómo enfocar mejor esta tecnología y planificar un camino para el desarrollo mediante el desarrollo de una hoja de ruta para el avance de TRL de SCEPS en el espacio que refleje los objetivos científicos del sistema solar de la NASA en esta década.

Dependiendo del uso y también de lo que se entienda por "sistema solar exterior", los paneles solares están llegando al punto en que se pueden utilizar. Por ejemplo, Juno , actualmente en ruta para orbitar alrededor de Júpiter, utiliza paneles solares. A medida que los paneles solares se vuelven más eficientes, pueden ser más útiles para los planetas más remotos. Por otro lado, y como usted notó, el rover Curiosity del Mars Science Lab usa RTG.

Los viajes espaciales han utilizado tres métodos de energía diferentes en los últimos cincuenta años.

1. Paneles solares: ideal, no requieren combustible, pero a medida que aumenta la distancia del sol, la eficiencia disminuye considerablemente. La producción solar cae a la mitad desde la Tierra hasta Marte, más allá del cinturón de asteroides, es bastante inútil.
2. Celdas de combustible: Apolo propulsado, transbordador espacial. Proporciona energía durante días/semanas. pero riesgo de mal funcionamiento y explosión, aunque tienen un historial decente de confiabilidad. Pero ni cerca de la resistencia deseada para el tránsito de larga distancia.
3. RTG: confiables, en gran parte sin mantenimiento, funcionan durante años, la desventaja es que la potencia de salida es muy pobre, con un promedio de 150-300 vatios. Ningún RTG construido en los EE. UU. ha tenido una falla que haya resultado en la contaminación del medio ambiente. Los RTG de Rusia que construyó para alimentar faros y balizas remotos, después de décadas de abandono, se han deteriorado y son propensos al vandalismo o al robo de metal.

Los reactores nucleares ofrecen la única fuente de energía potencial real para la exploración a largo plazo y de larga distancia de los planetas exteriores. Pero no es el reactor el problema, es el método de conversión de energía. Una turbina o un motor Stirling podría ser un generador de este tipo; Sin embargo, ambos tienen partes móviles que, si fallan, inutilizan todo el sistema. La conversión termoeléctrica es factible, pero el proceso no es muy eficiente. Sin embargo, la fisión opera a una temperatura más alta, la eficiencia del proceso de conversión termoeléctrica mejora ligeramente, pero el desgaste y el desgarro de temperaturas más altas tiene su tole en los termopares. Se debe diseñar, probar y construir un motor extremadamente confiable y simple. Más que confiabilidad de millas como un camión, pero medida en confiabilidad de horas. Afortunadamente el reactor no Tiene que funcionar a toda velocidad/rendimiento durante el tránsito, cuando la misión continúa, el reactor aumenta (junto con el motor) cuando comienza la misión. La conversión termoeléctrica sin partes móviles parece más segura, pero el uso de motores produce más energía para instrumentos más robustos y sofisticados. Con una fuente de alimentación del reactor que proporciona casi 1000 veces la potencia de salida y se puede utilizar toda una gama de sensores avanzados y cámaras y transmisores de alta resolución. Y generadores termoeléctricos en tándem con motores; parecería más seguro para su utilización. Con una fuente de alimentación del reactor que proporciona casi 1000 veces la potencia de salida y se puede utilizar toda una gama de sensores avanzados y cámaras y transmisores de alta resolución. Y generadores termoeléctricos en tándem con motores; parecería más seguro para su utilización. Con una fuente de alimentación del reactor que proporciona casi 1000 veces la potencia de salida y se puede utilizar toda una gama de sensores avanzados y cámaras y transmisores de alta resolución. Y generadores termoeléctricos en tándem con motores; parecería más seguro para su utilización.