Investigadores de la NASA y del Departamento de Energía de los Estados Unidos probaron recientemente tecnologías clave para el desarrollo de un reactor nuclear de fisión que podría proveer de energía a estaciones  con asentamientos humanos en la luna o Marte. Las pruebas demostraron que las agencias podrían construir un sistema “seguro, confiable y eficiente” para el año 2020, el mismo año en que la NASA ha programado retornar humanos a la luna.

Un reactor de fisión opera mediante la división de átomos, con la subsecuente liberación de energía en forma de calor, la cual es convertida posteriormente en electricidad. La idea de la utilización de energía nuclear en el espacio data de finales de los años 1950, cuando fue considerada para proveer de energía de propulsión a través del Proyecto Orión. En los años 1960, una serie de reactores nucleares espaciales compactos, experimentales, fueron desarrollados por la NASA bajo el programa Systems Nuclear Auxiliary Power. Sin embargo, preocupaciones relacionadas con seguridad pública, además de un tratado internacional que prohibía el uso de energía nuclear en el espacio, detuvieron el desarrollo de esta tecnología para su uso en el espacio.

En la actualidad la energía nuclear está siendo nuevamente considerada para misiones a Marte y la luna porque, a diferencia de otras fuentes alternativas de energía como la solar, la energía nuclear puede proveer de energía constante; una necesidad requerida para sistemas de soporte de vida humana, para recargar vehículos de transporte en superficie, y para operaciones de minería en búsqueda de recursos. Sistemas de energía solar requerirían de también el uso de dispositivos de almacenamiento de energía, tales como baterías, o celdas de potencia, lo cual añadirían más masa de la que se quisiera para el sistema. El uso de energía solar está aún más limitado ya que la luna está a oscuras hasta 14 días en un lugar dado y tiene cráteres profundos que pueden ocultar la luz del sol. Por otro lado, Marte está mucho más lejos del sol que la Tierra o la luna, por lo tanto, hay menos energía solar que puede utilizarse allí.

El nuevo sistema de energía nuclear es parte de un proyecto de la NASA que empezó en el año 2006 llamado Fission Surface Power que examina pequeños reactores diseñados para utilizarse en otros planetas. A pesar de que la energía nuclear sigue siendo controversial, los investigadores dicen que el reactor se diseñaría para ser completamente seguro y se enterraría a una distancia segura de los astronautas para aislarlos de cualquier radiación que pudiera generarse.   

Pruebas recientes examinaron tecnologías que utilizan un reactor nuclear acoplado a un motor Stirling capaz de producir 40 kilowatts de energía—suficientes para dotar de energía a un futuro puesto o base espacial en la luna o Marte.

“No estamos construyendo un sistema que necesita cientos de gigawatts de energía como aquellos que producen electricidad para nuestras ciudades”, declara Don Palac, el gerente del proyecto en el Glenn Research Center de la NASA en Cleveland, Ohio. El sistema necesita ser barato, seguro y robusto y “nuestras pruebas más recientes demostraron que podeos construir exitosamente eso”, dice Palac.

Para generar electricidad los investigadores utilizaron un metal líquido para transferir calor del reactor al motor Stirling, este motor utiliza presión de 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 consistía de una mezcla de sodio y potasio, esta mezcla se ha utilizado en el pasado para transferir calor de un reactor a un generador, dice Palac, pero esta es la primera vez que la mezcla se ha utilizado con un motor Stirling.

“Son muy eficientes y robustos, y pensamos que pueden durar 8 años sin atenderlos” dice Lee Mason, el investigador principal del proyecto en Glenn. El sistema operó mejor de lo que se esperaba, dice Palac, generando 2,3 kilowatts de energía de manera constante.

Los investigadores también desarrollaron un panel de radiadores liviano para enfriar el sistema y disipar el calor del reactor. El panel prototipo es de aproximadamente seis pies por nueve pies- una veinteava parte el tamaño requerido para un sistema de escala completa. El calor del sistema de enfriamiento por agua se hace circular por el radiador en el que se disipa.

 Los investigadores probaron el panel de radiadores en una cámara de vacío en Glenn que replica la falta de atmósfera y temperaturas extremas en la luna—de más de 100 grados Celsius durante el día hasta 100 grados Celsius bajo cero en la noche. El panel disipó 6 killowatts de energía, más de lo esperado—una prueba “muy exitosa”, dice Palac. En la luna, el panel también debe sobrevivir el ambiente polvoriento ocasionado por el regolito.

Finalmente, los investigadores probaron el funcionamiento del alternador Stirling en un ambiente radiactivo en el Sandia National Laboratories en Alburquerque, Nuevo México. El objetivo era probar el funcionamiento del motor asegurándose que los materiales no se degradarían. El alternador se sometió a 20 veces la cantidad de radiación que se esperaría recibiera en su vida útil y sobrevivió sin ningún problema significativo.

Mason dice que las pruebas son muy importantes para mostrar la factibilidad del sistema y que el siguiente paso para los investigadores es llevar a cabo una demostración de un sistema a escala completa, mediante la combinación de un reactor simulador no nuclear con el motor Stirling y el panel de radiadores. Mason dice que estas pruebas deberán ser completadas en el año 2014.

Los investigadores también están trabajando en la transmisión de potencia y en la electrónica del sistema. “Una base lunar necesita mucha energía para cosas tales como ordenadores, sistemas de soporte de vida, y para calentar rocas para conseguir recursos tales como oxígeno e hidrógeno”, dice Ross Radel, un miembro superior del personal técnico y miembro del grupo de conceptos nucleares avanzados en Sandia. El grupo está trabajando en el análisis dinámico del sistema, un modelo de ordenador que predice como funcionará el reactor durante las pruebas. “La energía nuclear es una roca de apoyo para movernos hacia adelante en nuestra exploración tripulada del espacio”, dice Radel.

“Es un proyecto fascinante y el único método posible de proveer de energía para un viaje tripulado a Marte”, dice Daniel Hollenbach, un investigador en la división de ciencias y tecnologías nucleares en el Oak Ridge National Laboratory, que no estaba involucrado en el proyecto.

Mason dice que la fisión nuclear es uno de un número de conceptos que se están probando como fuente de energía para misiones tripuladas hacia la luna y Marte, y si es seleccionada, Mason dice que la tecnología podría utilizarse para el año 2020.