La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) han anunciado una nueva asociación para desarrollar tecnologías avanzadas de cohetes que utilizan la energía nuclear para la propulsión. A pesar de los avances significativos en la ingeniería aeroespacial durante décadas, la cantidad de empuje que puede generar un cohete todavía está limitada por los combustibles convencionales como el queroseno y el hidrógeno. Esto restringe la velocidad que puede alcanzar un vehículo, lo que hace que las misiones de mayor distancia sean desafiantes y extenuantes, especialmente para la tripulación involucrada.
La NASA será responsable de desarrollar un motor de cohete nuclear con DARPA centrándose en las operaciones de vehículos
La NASA anunció el desarrollo del motor como parte del Foro SciTech del Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA) en Maryland hoy. En una charla junto a la chimenea en el evento, la directora de DARPA, la Sra. Stefanie Tompkins, explicó que los avances recientes en la tecnología nuclear habían permitido a su agencia asumir más «riesgos» con ella. Destacó que el cambio a uranio poco enriquecido de alto ensayo (HALEU) tiene una mayor proporción de uranio enriquecido en la mezcla de combustible en comparación con el combustible que se usa actualmente en los reactores nucleares de agua ligera. Esto le permite generar más energía; sin embargo, en la actualidad, la concentración sigue siendo inferior a la requerida para los submarinos nucleares, los portaaviones y las armas.
La NASA ha firmado un Acuerdo Interagencial (IAA) con DARPA, que delega la responsabilidad de demostrar la propulsión nuclear en el espacio a ambas partes. Como parte del acuerdo, la NASA será responsable de diseñar lo que denomina tecnología de cohete térmico nuclear (NTR) y el motor NRT. Esto incluye construir y desarrollar el reactor nuclear, todos los aspectos del motor, probar el motor en tierra, ayudar a DARPA a adquirir HALEU e integración de vehículos.
El motor desarrollado por la NASA deberá integrarse en un vehículo, que es donde entra DARPA. Este vehículo se denomina vehículo NTR experimental (X-NTRV), y DARPA integrará el vehículo de lanzamiento en el X-NTRV (lo que implica que un cohete tradicional lanzará el vehículo equipado con NTR), operará y desechará el X-NTRV y realizará todas las actividades asociadas. Además, todos los sistemas desarrollados bajo la parte del acuerdo de la NASA no serán clasificados.
Un tema central para la propulsión nuclear es la seguridad, que también crea obstáculos regulatorios para la tecnología. En este frente, la administración adjunta de la NASA, Pam Melroy, explicó que
Creo que probablemente el mayor obstáculo para la regulación ha sido el comercial y HALEU definitivamente ayudará en eso. SPD-6, la Directiva de Política Espacial de la Casa Blanca proporcionó mucha claridad en esta área. Yo creo que el gobierno siempre ha sido capaz de hacer lo que ha querido hacer, si sabes, hay que buscar a las autoridades para hacerlo. Pero creo que la claridad del acuerdo entre DARPA y DOE, donde DARPA tiene la autoridad de supervisión, hará que esto avance más rápido. Así que creo que hay muchas piezas diferentes que se unieron en este entorno de políticas, pero para mí el gran resultado es que usar HALEU va a simplificar mucho eso porque no se considera material apto para armas y eso significa también el potencial para el spin-off comercial también está allí.
La Sra. Tompkins agregó que en lo que respecta a la seguridad, el sistema se diseñará de manera que el motor no funcione hasta que llegue al espacio y utilizará una órbita que no se ‘degradará’ hasta que el motor sea seguro para entrar de nuevo en la Tierra. El motor en sí no emitirá ningún escape radiactivo, y solo saldrá hidrógeno gaseoso de una boquilla potencial. Un par de minutos después, la Sra. Melroy también compartió más detalles sobre el motor y explicó que:
Hay un par de cosas clave. Para la térmica nuclear, tienes un tanque de hidrógeno. Porque, si tuvieras un cohete tradicional, tendrías que tener dos tanques. Tendrías que tener un combustible y un oxidante. Entonces, en este caso, el hidrógeno se bombea al reactor con la turbobomba que parece una bomba de cohete tradicional. Y luego se calienta y se expulsa por la boquilla. Pero el hecho de que no llevas dos, conoces tanto el combustible como el oxidante, um, ciertamente proporciona algunas, algunas eficiencias, hablaste de ISP. Algunas de las cosas que lo hacen más eficiente. Así que hay potencial para ahorros masivos al final. Así que es um, es solo, ya sabes, como señalaste un ISP muy, muy alto.
Actualmente, el acuerdo NASA-DARPA exige una revisión de preparación para el lanzamiento, una de las revisiones finales antes del lanzamiento en el año fiscal 2027 (aproximadamente dentro de cuatro años). El X-NTRV volará en una órbita alta y, según el funcionario de la NASA:
Es de vital importancia para nosotros alcanzar una altitud lo suficientemente alta como para que el material ya no sea radiactivo cuando vuelva a entrar correctamente. Eso es fundamental para nosotros. Eso es una especie de mínimo en el umbral de los 700 kilómetros, y tal vez hasta los 2.000 kilómetros, los cuales están muy por encima de la Estación Espacial Internacional. Así que más de 300 años, para el reingreso.