211service.com
A Lunar Nuclear Reactor
Investigadores de la NASA y el Departamento de Energía probaron recientemente tecnologías clave para desarrollar un reactor de fisión nuclear que podría alimentar un puesto avanzado humano en la Luna o Marte. Las pruebas demuestran que las agencias podrían construir un sistema seguro, confiable y eficiente para 2020, el año en que la NASA planea devolver humanos a la luna.
Energía generadora: Una unidad de conversión de energía que consta de dos motores Stirling, colocados uno frente al otro, está configurada para pruebas en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA. El metal líquido bombeado se utiliza para transferir calor desde el reactor a los motores, donde se convierte en electricidad.
Un reactor de fisión funciona dividiendo átomos y liberando energía en forma de calor, que se convierte en electricidad. La idea de utilizar energía nuclear en el espacio se remonta a finales de la década de 1950, cuando se consideraron para proporcionar propulsión a través del Proyecto Orión. En la década de 1960, la NASA desarrolló una serie de reactores nucleares espaciales experimentales compactos bajo el Sistemas de energía auxiliar nuclear programa. Pero las preocupaciones por la seguridad pública y un tratado internacional que prohíbe las armas nucleares en el espacio detuvieron el desarrollo.
Ahora se está considerando la energía nuclear para las misiones lunares y a Marte porque, a diferencia de alternativas como la energía solar, puede proporcionar energía constante, una necesidad para los sistemas de soporte vital humano, los rovers de recarga y la extracción de recursos. Los sistemas de energía solar también requerirían el uso de dispositivos de almacenamiento de energía como baterías o celdas de combustible, agregando masa no deseada al sistema. La energía solar está aún más limitada porque la luna permanece oscura hasta 14 días seguidos y tiene cráteres profundos que pueden oscurecer el sol. Marte está más lejos del sol que la Tierra o la luna, por lo que se puede recolectar menos energía solar allí.
El nuevo sistema de energía nuclear es parte de un proyecto de la NASA iniciado en 2006, llamado Poder de superficie de fisión , que está examinando pequeños reactores diseñados para su uso en otros planetas. Si bien la energía nuclear sigue siendo controvertida, los investigadores dicen que el reactor estaría diseñado para ser completamente seguro y estaría enterrado a una distancia segura de los astronautas para protegerlos de cualquier radiación que pudiera generar.
Las pruebas recientes examinaron tecnologías que verían un reactor nuclear acoplado con un motor Stirling capaz de producir 40 kilovatios de energía, suficiente para alimentar un futuro puesto avanzado lunar o en Marte.
No estamos construyendo un sistema que necesite cientos de gigavatios de energía como los que producen electricidad para nuestras ciudades, dice Don Palac, gerente de proyectos de la NASA. Centro de Investigación Glenn en Cleveland, OH. El sistema debe ser barato, seguro y robusto, y nuestras pruebas recientes demostraron que podemos construirlo con éxito, dice Palac.
Para generar electricidad, los investigadores utilizaron un metal líquido para transferir el calor del reactor al motor Stirling, que utiliza la presión del gas para convertir el calor en la energía necesaria para generar electricidad. Para las pruebas, los investigadores utilizaron una fuente de calor no nuclear. El metal líquido era una mezcla de sodio y potasio que se ha utilizado en el pasado para transferir calor de un reactor a un generador, dice Palac, pero esta es la primera vez que esta mezcla se ha utilizado con un motor Stirling.
Son muy eficientes y robustos, y creemos que pueden durar ocho años sin supervisión, dice Lee Mason, el investigador principal del proyecto en Glenn. El sistema funcionó mejor de lo esperado, dice Palac, generando 2,3 kilovatios de potencia a un ritmo constante.
Refrescarse: Marc Gibson, un ingeniero de pruebas de la NASA, inspecciona el panel del radiador utilizado para enfriar el sistema de energía de fisión que se está probando en el Centro de Investigación Glenn. El panel mide seis pies por nueve pies. Se necesitarían veinte radiadores de este tipo para un sistema a gran escala.
Los investigadores también desarrollaron un panel radiador ligero para enfriar el sistema y disipar el calor del reactor. El panel prototipo mide aproximadamente seis pies por nueve pies, una vigésima parte del tamaño requerido para un sistema a gran escala. El calor de un sistema de refrigeración por agua circula al radiador donde se disipa.
Los investigadores probaron el panel del radiador en una cámara de vacío en Glenn que reproduce la falta de atmósfera y las temperaturas extremas en la luna, desde más de 100 grados Celsius durante el día hasta menos de 100 grados Celsius durante la noche. El panel disipó seis kilovatios de energía, más de lo esperado, una prueba muy exitosa, dice Palac. En la luna, el panel también debe sobrevivir al ambiente polvoriento causado por el regolito.
Por último, los investigadores probaron el rendimiento del alternador Stirling en un entorno de radiación en Laboratorios Nacionales Sandia en Albuquerque, Nuevo México. El objetivo era probar el rendimiento del motor, asegurando que los materiales no se degradarían. El alternador fue sometido a 20 veces la cantidad de radiación que esperaría ver en su vida y sobrevivió sin problemas importantes.
Mason dice que las pruebas son muy importantes para mostrar la viabilidad del sistema y que el siguiente paso es que los investigadores realicen una demostración completa del sistema, combinando un simulador de reactor no nuclear con el motor Stirling y el panel del radiador. Dice que estas pruebas deberían completarse en 2014.
Los investigadores también están trabajando en la transmisión de energía y la electrónica del sistema. Una base lunar necesita mucha energía para cosas como computadoras, soporte vital y para calentar rocas para obtener recursos como oxígeno e hidrógeno, dice Ross Radel, miembro senior del personal técnico y parte del grupo de conceptos nucleares avanzados en Sandia. . Su grupo está trabajando en el análisis dinámico de sistemas, un modelo de computadora que predice cómo funcionará el reactor durante las pruebas. La energía nuclear es un trampolín para avanzar más hacia la exploración espacial tripulada, dice Radel.
Es un proyecto fascinante y el único método posible de proporcionar energía para un viaje tripulado a Marte, dice Daniel Hollenbach, investigador de la división de ciencia y tecnología nuclear del Laboratorio Nacional Oak Ridge, que no participó en el proyecto.
Mason dice que la fisión nuclear es uno de varios conceptos que se están probando como fuente de energía para misiones humanas a la Luna y Marte, y si se selecciona, dice que la tecnología podría implementarse para 2020.