Presentación del artista Extrasolar Object Interceptor. Crédito: Christopher Morrison
¿Y si pudiéramos perseguir objetos interestelares que pasan por nuestro sistema solar, como “Oumuamua o el cometa Borisov? Una nave espacial de este tipo tendría que estar lista para volar en cualquier momento, con la capacidad de aumentar la velocidad y cambiar de dirección rápidamente.
Esta es la idea detrás del nuevo concepto de misión llamado Interceptor de objetos extrasolares y retorno de muestra. Recibió fondos de investigación de la NASA a través de su Programa de conceptos avanzados innovadores (NIAC).
“Restaurar muestras de estos objetos podría cambiar fundamentalmente nuestra visión del universo y nuestro lugar en él”, dijo Christopher Morrison, ingeniero de Ultra Safe Nuclear Corporation-Tech (USNC-Tech) quien presentó la propuesta al CANI.
El concepto propuesto por Morrison y su equipo es una nave espacial con radioisótopos y propulsión eléctrica que se basa en la tecnología de batería atómica recargable (CAB), un sistema de energía desarrollado por USNC para uso comercial. Las baterías son compactas y tienen una densidad de energía un millón de veces mayor que la de las baterías químicas más modernas, así como las de los combustibles fósiles.
“Los radioisótopos tienen aproximadamente la misma cantidad de energía total almacenada en cada átomo”, explicó Morrison. “La rapidez con la que liberan esta energía depende de la vida media. Pu-238 tiene una vida media de 88 años, perfecta para misiones largas al sistema solar exterior. Las baterías CAB que desarrollamos en USNC-Tech tienen menos de la mitad de vida y tienen una mayor densidad de potencia. En NIAC, utilizamos un radioisótopo con una vida media de cinco años y una densidad de potencia 30 veces mayor que la del plutonio-238 (Pu-238). “
Visión artística de una nave espacial New Horizons de la NASA que se encuentra con un objeto parecido a Plutón en el distante Cinturón de Kuiper. Fuente: NASA / JHUAPL / SwRI / Alex Parker
Pu-238 es la energía nuclear típica de la NASA para su nave espacial. Se ha utilizado en más de veinte misiones espaciales estadounidenses de gran éxito, como New Horizons y Mars Curiosity and Perseverance rovers, en sus Radioisotope Power Systems (RPS).
Pu-238, sin embargo, enfrenta algunos desafíos. Solo se puede producir una cantidad limitada de Pu-238 (solo 14 onzas (400 gramos) cada año en este momento, y hasta 50 onzas (1500 gramos) en los próximos años). Esto es apenas suficiente para satisfacer las futuras necesidades de la misión del programa principal de la NASA.
Los programas más pequeños y las empresas comerciales enfrentan desafíos no solo debido a un colapso en el suministro, sino también porque el Pu-238 se considera un material nuclear especial de no proliferación. En cambio, los radioisótopos de tecnología CAB son de naturaleza comercial; de hecho, muchos de ellos se utilizan ampliamente en la industria médica para tratar el cáncer.
“Las baterías CAB combinadas con un motor eléctrico serían sistemas muy simples”, dijo Morrison a Universe Today. “Todo es tecnología probada. La verdadera innovación que estamos utilizando es el entorno regulatorio actual. Antes de 2019, no existía un marco legal para que las empresas comerciales utilizaran energía nuclear. Ahora está oficialmente sancionado.
Nota presidencial de NPSN-20 en 2019, instruyó al Departamento de Transporte, a saber, la Administración Federal de Aviación, para desarrollar un sistema regulatorio de múltiples niveles que permitiría a las empresas comerciales lanzar naves espaciales de propulsión nuclear.
El combustible plutonio-238 (en forma de cerámica) brilla con el calor de su descomposición natural dentro de una capa protectora de grafito cilíndrico mientras se instalan fuentes de calor para el sistema de energía en los rovers de Marte de la NASA en el Departamento de Energía del Laboratorio Nacional de Idaho. Crédito: NASA / DOE
La propuesta de Morrison explica que “CAB es más fácil y más barato de fabricar que Pu-238, y la contención se mejora enormemente al encapsular materiales radiactivos en una matriz de carburo sólido. Esta tecnología es mejor que los sistemas de fisión en esta aplicación porque los sistemas de fisión necesitan una masa crítica, mientras que los sistemas de radioisótopos pueden ser mucho más pequeños y encajar en sistemas de lanzadores más pequeños, lo que reduce el costo y la complejidad ‘.
La nave espacial propulsada por CAB, denominada “Extrasolar Express”, tiene una masa de combustible de menos de una tonelada. El Falcon 9 SpaceX, por otro lado, podría poner más de 20 toneladas en órbita. ¿Qué pasaría con todo el espacio auxiliar en el vehículo de lanzamiento?
Morrison explica: “Podemos intercambiar parte de esta masa por una aceleración adicional lejos de la Tierra. Además, parte del peso adicional se puede utilizar para aumentar la seguridad, incluido un escudo grande y robusto que protege el radioisótopo y garantiza que no se suelte incluso en el peor accidente durante el despegue. Una vez en órbita alta, el escudo puede ser expulsado y la nave espacial puede viajar sin obstáculos en su misión. “
Objetos extrasolares ahora en escena
Antes de que dos objetos interestelares inusuales e intrigantes explotaran en una escena en nuestro sistema solar (“Oumuamua en 2017, I Borisov en 2019), los astrónomos generalmente no creían que los intrusos itinerantes de otros sistemas estelares pudieran pasar de forma rutinaria. Ahora los científicos han calculado que un promedio de siete de estos objetos se mueven alrededor de la Tierra cada año. Saber más sobre estos objetos es una perspectiva tentadora, porque en este momento lo único que podemos hacer es observarlos con telescopios a medida que pasan junto a nosotros.
Impresión artística de Oumuamua. Según las últimas investigaciones, el objeto consiste en hielo de hidrógeno molecular, lo que explica su forma de cigarro. Crédito: ESO / M. Kornmesser
“Estos objetos parecen estar bastante cerca de nosotros”, dijo Morrison, “crear una misión para alcanzar a uno de ellos no es una cuestión de distancia, sino de velocidad. Esto cambia la ecuación, a diferencia de la mayoría de las misiones que requieren longevidad. Es solo un problema de velocidad, ya que puede capturarlo, tomar una muestra y regresar a la Tierra siempre que tenga delta v para completar la misión. ”
Morrison explicó el plan de misión potencial para el Interceptor de objetos extrasolares y el retorno de muestra: lanzar la sonda Interceptor hacia Júpiter y esperar a que se detecte un objeto extrasolar adecuado.
“Puede que tenga que esperar alrededor de un año”, dijo, “pero pase lo que pase, probablemente tendrá que cambiar de plano porque estos objetos no aparecen en nuestra eclíptica. La idea es volar hacia Júpiter, con suerte estarás en un buen lugar para dar la vuelta a Júpiter y estar en la misma orientación de plano que el objeto. “
La sonda podría ser similar en tamaño y peso a la misión Dawn, que también utilizó propulsión eléctrica. Pero en lugar de enormes paneles solares Dawn, el CAB proporcionaría suficiente energía para crear una nave espacial de alta velocidad. El interceptor requeriría radiadores grandes para disipar el calor, que (como los paneles solares de Dawn) sería la parte más grande de la nave espacial.
Los detalles de las partes de devolución de muestra aún están en desarrollo, pero tal vez algo similar a Sistema de muestreo TAGSAM utilizado por la misión OSIRIS-REx.
Concepto artístico de la nave espacial Dawn llegando a Vesta. Fuente: NASA / JPL-Caltech
“Me considero más un” Scotty “en el diseño de esta misión de Interceptor, pero conseguiría un Spock para ayudar a entender la parte científica, reflexionó Morrison.
Los CAB se producen utilizando materiales no radiactivos y luego se “cargan” en un campo de radiación para producir un radioisótopo específico. Morrison dijo que hay muchos radioisótopos diferentes de interés (por ejemplo, cobalto-60 y tul-170), y la tecnología se puede adaptar a la densidad de potencia y las necesidades del cliente a lo largo de su vida. Muchos de los clientes potenciales de la tecnología CAB son empresas terrestres que investigan aplicaciones submarinas o subterráneas.
“La tecnología es pionera en aplicaciones de calentamiento lunar a escala de vatios a corto plazo, pero la propuesta del NIAC representa una versión más deportiva de la tecnología”.
El programa NIAC se presenta como el fomento de ideas visionarias que pueden transformar las misiones futuras de la NASA al crear avances y al mismo tiempo involucrar a innovadores y emprendedores como socios. Incluso si el Interceptor de objetos extrasolares y el retorno de muestras nunca serán una misión “real”, Morrison y USNC continuarán trabajando para hacer de su CAB una fuente viable de energía tanto para la Tierra como para el espacio.
“Estoy muy agradecido de haber recibido financiación de NIAC”, dijo Morrison, “nuestra empresa ya está invirtiendo su propio dinero en esta tecnología. Nos gustaría que el CAB fuera la batería del futuro de Duracell para cualquier cosa que parezca imposible, por ejemplo, misiones espaciales de larga duración o en entornos remotos de la Tierra. “
El sistema Micro Modular Reactor (MMR ™) es un sistema de energía nuclear de cuarta generación que proporciona electricidad y calor seguras, limpias y rentables a minas, industrias y comunidades remotas. Es el proyecto SMR líder en Canadá y el primer llamado “Batería de fisión”. Crédito: USNC
Además de las baterías CAB, USNC desarrolla otras tecnologías nucleares. “Los radioisótopos utilizados en los CAB son rocas calientes que generan calor constante durante un largo período de tiempo. Un reactor de fisión es otro tipo de tecnología nuclear que se puede encender y apagar, subir y bajar ”, explica Chris. USNC está desarrollando un pequeño reactor de fisión modular para su uso en el Ártico canadiense, y este diseño es un foco importante de los esfuerzos de la compañía.
“Canadá gasta cientos de millones al año en combustible diesel para generadores que alimentan sus pequeñas ciudades en regiones remotas”, dijo Morrison, “y realmente quieren cambiar a pequeños reactores modulares”.
Resulta que los sistemas de energía que funcionan bien en lugares remotos de la Tierra también son buenos para lugares remotos en el espacio. UNSC-Tech, donde trabaja Morrison, es una subsidiaria aeroespacial y de sistemas terrestres avanzados de USNC. USNC-Tech está desarrollando tecnología de propulsión por fisión en colaboración con la NASA y DARPA, así como con los reactores Lunar y Martian conocidos como el “reactor Pylon”.
“USNC-Tech diseña ladrillos” LEGO “para tecnología espacial nuclear. Las misiones espaciales utilizarían la misma tecnología terrestre fundamental orquestada en una configuración diferente para lograr cosas nuevas y audaces en nuevos lugares “, explicó Morrison.” Sin embargo, el Extra Solar Express de NIAC es probablemente mi favorito.
Proporcionado por Universe Today