El Pentágono quiere lanzar un cohete térmico nuclear en 4 años
La nave espacial proporcionará un transporte rápido entre la Tierra y la Luna, y más allá.
Por Kyle Mizokami
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| Crédito: DARPA |
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (Defense Advanced Research Projects Agency - DARPA), el brazo de investigación y desarrollo del Pentágono, está financiando la construcción del primer sistema de propulsión térmica nuclear (nuclear thermal propulsion - NTP) del mundo para naves espaciales.
El sistema, que se llama cohete de demostración para operaciones cislunares ágiles (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations - DRACO), utiliza fisión nuclear en lugar del combustible de cohete tradicional, lo que lo convierte en un sistema de propulsión espacial más rápido y eficiente. La NASA ve al NTP como el sistema que podría llevar a los humanos a Marte y más allá.
A principios de esta semana, DARPA anunció que eligió a General Atomics, Blue Origin y Lockheed Martin para construir DRACO. El objetivo es enviar DRACO a la órbita terrestre baja en 2025.
NTP es un concepto que existe desde hace mucho tiempo. El Departamento de Energía (DOE) lo explica así:
Los sistemas NTP funcionan bombeando un propulsor líquido, probablemente hidrógeno, a través del núcleo del reactor. Los átomos de uranio se separan dentro del núcleo y liberan calor a través de la fisión. Este proceso físico calienta el propulsor y lo convierte en gas, que se expande a través de una boquilla para producir empuje.
El NTP es dos veces más eficiente que los cohetes químicos, debido al hecho de que los gases más ligeros (los diseños NTP suelen utilizar hidrógeno) son más fáciles de acelerar. Los cohetes químicos producen vapor de agua más pesado como subproducto de desecho.
Los científicos propusieron por primera vez el NTP en la década de 1940. En la década de 1960, la NASA y la Comisión de Energía Atómica habían investigado el uso de cohetes NTP con el programa Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application (NERVA), pero cancelaron el proyecto antes de que los ingenieros pudieran construir un cohete funcional. Culpe a la inquietud por poner en órbita un reactor con uranio altamente enriquecido —o plutonio— y a la sensación de que los cohetes químicos eran lo suficientemente buenos para un programa espacial que se ralentizaba.
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Impresión artística de una nave espacial equipada con propulsión térmica nuclear. (Crédito: Science & Society Picture Library/Getty Images) |
Pero ahora, ha llegado el momento de NTP.
Anteriormente, la perspectiva de que una nave espacial de propulsión nuclear explotara durante el despegue y esparciera materiales peligrosamente radiactivos por todo Estados Unidos, o peor aún, en algún otro país, hacía insostenible la propulsión nuclear. Sin embargo, los diseños modernos se basan en uranio más seguro y poco enriquecido, que presenta un riesgo ambiental menor si un cohete propulsor químico que lleva una nave espacial equipada con NTP sufriera un incidente catastrófico en la atmósfera.
El Pentágono también está presionando para que las naves espaciales puedan reposicionarse en el espacio más rápido que las equipadas con cohetes químicos. Como su nombre lo indica, DARPA visualiza a DRACO operando principalmente en el espacio cislunar, o el área del espacio entre la Tierra y la Luna. La mayor relación empuje-peso de NTP permitirá que las naves espaciales se muevan más rápido a través de una extensión más amplia del espacio.
Si DRACO tiene éxito, su tecnología podría usarse en el sector espacial civil. La NASA cree que NTP podría reducir a la mitad la duración total de las misiones a Marte. DRACO luego se uniría a una larga lista de ideas de DARPA, que incluyen Internet y vacunas basadas en ARN, que comenzaron como proyectos de investigación y desarrollo militares y luego brindaron inmensos beneficios al mundo entero.
El EmDrive aún no ha muerto... dice el tipo que inventó el EmDrive
Sí, el motor "imposible" falló las pruebas críticas de empuje. Pero eso siempre iba a suceder, afirma este científico.
Por Caroline Delbert
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| Crédito: Andrey Suslov |
Después de que una serie de estudios recientes ampliamente divulgados casi acabaran con el controvertido EmDrive, el inventor del dispositivo de propulsión respondió señalando lo que él llama errores críticos en la investigación. ¿Quién es quién en esta confusión científica de vanguardia y qué depara realmente el futuro para el EmDrive "imposible"?
Primero, repasemos brevemente cómo llegamos aquí. Para un concepto tan lejano, la idea del EmDrive es relativamente sencilla. El dispositivo, que tiene derechos de autor de Satellite Propulsion Research (SPR) Ltd, teóricamente funciona atrapando microondas en una cámara con forma donde su rebote produce empuje. La cámara está cerrada, es decir, desde el exterior, parecerá que simplemente se mueve sin entrada de combustible ni salida de empuje.
El EmDrive se basa en la Segunda Ley de Newton, donde la fuerza se define como la tasa de cambio del momento, explica SPR. “Por lo tanto, una onda electromagnética que viaja a la velocidad de la luz tiene un cierto impulso, que se transferirá a un reflector, lo que dará como resultado una fuerza minúscula”, dice la compañía.
Es esa pequeña fuerza acumulada en gran cantidad lo que hace que el EmDrive funcione, dice SPR Ltd. ¿La captura? También desafía nuestra comprensión actual de la física. Si no entra ni sale energía, ¿cómo se inicializan las ondas? ¿Cómo continúan moviéndose? ¿Y de dónde viene su impulso?
No se puede tener un impulso creado de forma espontánea sin un impulso explicable, razón por la cual muchos científicos no se toman el EmDrive en serio. Aún así, varios grupos de investigación, incluidos Eagleworks de la NASA (formalmente Laboratorio de Propulsión Avanzada) y DARPA, la agencia de proyectos de investigación del Departamento de Defensa, han continuado explorando la viabilidad del dispositivo debido a sus tentadoras posibilidades.
Como Mike McCulloch, el líder detrás del proyecto EmDrive de DARPA, dijo a Pop Mech el año pasado, la tecnología podría "transformar los viajes espaciales y ver naves despegando silenciosamente de las plataformas de lanzamiento y llegando más allá del sistema solar". Con el EmDrive, dice McCulloch, podríamos enviar una sonda no tripulada a Proxima Centauri en un lapso vida humana real: 90 años (la inversión en EmDrive de DARPA, que comenzó en 2018, finaliza el próximo mes).
El quid del EmDrive es que si rebotan las microondas dentro del tubo, ejercen más fuerza en una dirección que en la otra, creando un empuje neto sin la necesidad de ningún propulsor. Y cuando la NASA y un equipo de Xi'an en China intentaron esto, en realidad obtuvieron una fuerza neta pequeña pero distinta.
El mes pasado, sin embargo, los físicos de la Universidad Tecnológica de Dresde (TU Dresden) arrojaron agua fría sobre el prometedor avance de la NASA, diciendo que los resultados que muestran el empuje eran todos falsos positivos que pueden explicarse por fuerzas externas. Los científicos presentaron sus hallazgos en tres artículos en la Conferencia de Propulsión Espacial 2020 +1, con títulos como "Mediciones de empuje de alta precisión del EmDrive y eliminación de efectos positivos falsos" (lea los otros dos estudios aquí y aquí).
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| Crédito: PBS Space Time/YouTube |
Utilizando una nueva escala de medición y diferentes puntos de suspensión del mismo motor, los científicos de TU Dresden “pudieron reproducir fuerzas de empuje aparentes similares a las medidas por el equipo de la NASA, pero también hacerlas desaparecer mediante una suspensión puntual”, dijo el investigador Martin Tajmar le dijo al sitio alemán GreWi.
El veredicto:
“Cuando la energía fluye hacia el EmDrive, el motor se calienta. Esto también hace que los elementos de sujeción de la escala se deformen, lo que hace que la escala se mueva a un nuevo punto cero. Pudimos prevenir eso en una estructura mejorada. Nuestras mediciones refutan todas las afirmaciones de EmDrive en al menos 3 órdenes de magnitud".
Ahora, poco después de que Tajmar y sus colegas aparentemente asestaron su golpe mortal al EmDrive, el inventor del dispositivo ha ofrecido su refutación.
En su presentación en la reunión del 3 de abril de la Conferencia de Ingeniería de Propulsión Alternativa (APEC) quincenal, Roger Shawyer, quien desarrolló el EmDrive en 1998, detalló diferentes pruebas a lo largo del tiempo de las tres generaciones de su concepto.
Shawyer analizó la anatomía del propio EmDrive, desde el extremo superconductor hasta el extremo superconductor (las partes intermedias no están hechas de superconductores debido al alto costo y la complejidad de fabricar la forma de la cavidad usando esos materiales, dijo Shawyer).
Shawyer dijo que el EmDrive no solo es viable para viajes interestelares, también se puede usar para llevar vehículos a órbita. El secreto, dijo, es reservar la mitad del combustible generador de microondas del EmDrive para la parte intraespacial, dejando la mitad que se puede quemar para el despegue. "Si hace los [cálculos], puede ver que hay suficiente energía para ponerlo en órbita, aunque lentamente", dijo Shawyer.
Durante una parte de preguntas y respuestas de su presentación, varios invitados de APEC le preguntaron a Shawyer sobre Tajmar y los documentos de su equipo, lo que efectivamente desacreditó al EmDrive. La respuesta de Shawyer fue simple: la cavidad de Tajmar tenía una forma incorrecta y nunca iba a funcionar. De hecho, Shawyer incluso advirtió a Tajmar sobre eso ya en 2017.
"La cavidad de la NASA, que es la base del trabajo de Martin [Tajmar] y al menos el trabajo de otras tres organizaciones, tiene fallas fatales", dijo Shawyer. “Es una cavidad de placa de extremo plana para empezar. Si hace la geometría simple, verá que tiene un error de fase de frente de onda que se acerca a la mitad de la longitud de onda. Nunca vas a tener olas viajeras en una cavidad frontal plana. Hay muchos otros problemas que tiene".
Shawyer continuó:
“Lo que ha hecho Martin es poner un gran esfuerzo en demostrar básicamente que los principios detrás de EmDrive son correctos. Porque si no sigue los principios, no produce ningún impulso. Por lo tanto, estoy muy agradecido con Martin, de hecho, nunca hubiera hecho todo ese trabajo yo mismo, y no conozco a nadie más que hubiera puesto todo ese esfuerzo en ello".
En cuanto a los próximos pasos prácticos en el desarrollo continuo del dispositivo, Shawyer sugirió volar propulsores EmDrive de primera generación y luego volar pequeños vehículos aéreos no tripulados (UAV) para la segunda y tercera generación.
“La diferencia entre la segunda y la tercera generación es un aumento bastante grande en la complejidad”, dijo Shawyer, “pero lo que te da es una aceleración mucho mayor mientras se mantienen altos niveles de [empuje]. De hecho, puede combinar las tres generaciones si lo desea, pero la física sigue siendo la misma".
Parece, entonces, que el final de la historia de EmDrive aún no se ha escrito. Manténganse al tanto.
Modificado por orbitaceromendoza
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