Cómo un pequeño reactor nuclear podría alimentar una colonia en Marte o más allá

por Patrick McClure y David Poston

Ilustración artística de los radiadores de calor en forma de paraguas de cuatro reactores nucleares de Kilopower que proyectan sombras en la superficie marciana. Imagen: NASA

Cuando imaginamos enviar humanos para vivir en Marte, la luna u otros cuerpos planetarios en un futuro no muy lejano, una pregunta principal es: ¿Cómo alimentaremos su colonia? No solo necesitarán energía para crear un ambiente habitable, sino que también la necesitarán para volver a la Tierra. Para cuerpos planetarios distantes, como Marte, es ineficiente llevar combustible para el viaje a casa; es demasiado pesado Eso significa que los astronautas necesitan una fuente de energía para producir oxígeno líquido y propelente.

Pero, ¿qué tipo de fuente de energía es pequeña pero lo suficientemente potente como para alimentar de manera confiable un hábitat extraterrestre?

Ingrese a Kilopower, un pequeño reactor nuclear diseñado en el Laboratorio Nacional de Los Alamos junto con la NASA que la agencia espera que algún día alimente una colonia en Marte, la luna o más allá.

La brillantez de Kilopower es su simplicidad: con pocas piezas móviles, utiliza tecnología de tubería de calor, inventada en Los Alamos en 1963, para impulsar un motor Stirling. Así es como funciona: el tubo sellado en la tubería de calor hace circular un fluido alrededor del reactor, recogiendo el calor y llevándolo al motor Stirling. Allí, la energía térmica presuriza el gas para impulsar un pistón acoplado a un motor que genera electricidad. El uso de los dos dispositivos en conjunto crea un suministro de energía eléctrica simple y confiable que se puede adaptar para aplicaciones espaciales, incluidas la exploración humana y las misiones de ciencia espacial a cuerpos planetarios externos como las lunas de Júpiter y Saturno.

Los reactores Kilopower van desde 1 kilovatio, aproximadamente lo suficiente para alimentar una tostadora doméstica, hasta 10 kW. Para ejecutar un hábitat en Marte y crear combustible, se necesitarían unos 40 kW, por lo que la NASA probablemente enviaría de cuatro a cinco reactores a la superficie del planeta.

Las ventajas de la energía nuclear son que es liviana y confiable. Otras fuentes de energía requieren demasiado combustible, haciéndolas demasiado pesadas, o no se puede contar con ellas en todas las estaciones. La energía solar, por ejemplo, depende de la luz solar constante. Eso es algo que falta en Marte, ya que depende de la hora del día, la época del año, la ubicación en la superficie del planeta y la gravedad de las tormentas de polvo del planeta, que pueden durar meses. La energía nuclear funciona independientemente del clima o la hora del día. Además, la cantidad de paneles solares y baterías necesarios volvería a hacer que el cohete a Marte sea extremadamente pesado, lo que requeriría más combustible.

¿Que sigue?

Los experimentos para probar Kilopower, llamado KRUSTY (Reactor Kilopower que usa la tecnología Stirling), comenzaron a fines del año pasado en el Sitio de Seguridad Nacional de Nevada (NNSS) y culminarán con la prueba de un núcleo de reactor similar a un vuelo a temperatura máxima de funcionamiento esta primavera. Además de Los Alamos, la NASA y el NNSS, el experimento se lleva a cabo en colaboración con el Centro de Investigación Glenn de la NASA, el Centro de Vuelo Espacial Marshall y el Complejo de Seguridad Nacional Y-12, junto con los contratistas de la NASA SunPower y Advanced Cooling Technologies.

El trabajo en esta tecnología no es nuevo. KRUSTY se basa en un experimento de 2012 realizado por un equipo de Los Alamos, NNSS y Glenn que demostró el primer uso de un tubo de calor para enfriar un pequeño reactor nuclear y alimentar un motor Stirling. Estos nuevos experimentos se basan en el conocimiento que obtuvimos de ese experimento.

A medida que miramos hacia el futuro, el potencial de la energía nuclear para reforzar los planes para un hábitat a largo plazo en otros cuerpos planetarios es bastante extraordinario. Si bien alimentar una colonia es solo una de las muchas preguntas técnicas complejas que deben responderse cuando pensamos en enviar humanos a otros planetas, es una cuestión de importancia crítica. Kilopower podría muy bien ser la respuesta. Estamos emocionados de ver a dónde nos llevará.

Patrick McClure es el líder del proyecto Kilopower en el Laboratorio Nacional de Los Alamos del Departamento de Energía de EE. UU. En Nuevo México. David Poston es el diseñador jefe de reactores, también en Los Alamos.