Diego Rojas
En el episodio de esta semana del Podcast de Economía espacial vamos a obtener una actualización sobre la Propulsión Nuclear Espacial para la Exploración Humana de Marte.
El tema fue el tema de la teleconferencia Future in Space Operations del 16 de junio. El presentador fue Roger Myers, consultor y anteriormente con Aerojet Rocketdyne. Su presentación se basa en la Informe de la Academia Nacional, Propulsión Nuclear Espacial para la Exploración Humana de Marte creada para la NASA (disponible a continuación). Meyers fue el Copresidente del informe.
Escúchame.
Aquí está el resumen ejecutivo del informe:
En 2020, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina convocaron al Comité ad hoc de Tecnologías de Propulsión Nuclear Espacial para identificar los principales desafíos, méritos y riesgos técnicos y programáticos para madurar las tecnologías de propulsión nuclear espacial de interés para una futura misión de exploración humana de Marte. A través de interacciones con expertos de toda la comunidad de propulsión espacial, el comité evaluó el estado actual de la técnica, la ruta de desarrollo potencial y los riesgos clave para (1) un sistema de propulsión térmica nuclear (NTP) diseñado para producir un impulso específico1 de al menos 900 segundos y (2) un sistema de propulsión eléctrica nuclear (NEP) con al menos 1 megavatio de potencia eléctrica (MWe) y una relación masa / potencia que es sustancialmente menor que el estado actual de la técnica. Según lo solicitado por la NASA, cada sistema se evaluó con respecto a su capacidad para respaldar una misión de referencia en particular: una misión de exploración humana de clase opositora a Marte con una fecha de lanzamiento de 2039.2,3 Para los sistemas NEP y NTP, los esfuerzos para madurar la tecnología requerida y mitigar los riesgos técnicos clave se integraron en una hoja de ruta de desarrollo y demostración de alto nivel. También se examinó la infusión de resultados tecnológicos, experiencia y sinergia con otros programas y misiones gubernamentales.
A corto plazo, la NASA y el Departamento de Energía (DOE), con aportes de otras partes interesadas clave, incluida la industria comercial y la academia, deberían realizar una evaluación exhaustiva de los méritos y desafíos relativos de los combustibles de uranio altamente enriquecido (HEU) y uranio de alto ensayo y bajo enriquecimiento (HALEU) para los sistemas NTP y NEP aplicados a la misión de referencia.
Para los sistemas NEP, el desafío fundamental es ampliar la potencia operativa de cada subsistema NEP y desarrollar un sistema NEP integrado adecuado para la misión de referencia. Esto requiere, por ejemplo, escalar los sistemas de gestión térmica y de potencia a niveles de potencia órdenes de magnitud superiores a los que se han logrado hasta la fecha. Si bien nunca se han realizado pruebas de sistemas integrados en sistemas NEP de clase MWe, se requiere confiabilidad operativa durante un período de años para la misión de referencia.
Por último, la aplicación de un conjunto complejo de subsistemas NEP a la misión de referencia requiere el desarrollo paralelo de un sistema de propulsión química a gran escala compatible para proporcionar el empuje primario al salir de la órbita terrestre y al entrar y salir de la órbita de Marte. Como resultado de la baja e intermitente inversión en las últimas décadas, no está claro si incluso un programa agresivo podría desarrollar un sistema NEP capaz de ejecutar la misión de referencia en 2039.
El desarrollo de NTP enfrenta cuatro desafíos principales que un programa agresivo podría superar para lograr la misión de referencia en 2039. El desafío fundamental es desarrollar un sistema NTP que pueda calentar su propulsor a aproximadamente 2700 K a la salida del reactor durante la duración de cada combustión. Los otros tres desafíos son el almacenamiento a largo plazo de hidrógeno líquido en el espacio con una pérdida mínima, la falta de instalaciones de prueba adecuadas en tierra y la necesidad de llevar rápidamente un sistema NTP a la temperatura de funcionamiento total (preferiblemente en 1 minuto o menos). Aunque Estados Unidos ha realizado pruebas terrestres de tecnologías NTP, esas pruebas se llevaron a cabo hace casi 50 años, no abordaron completamente los requisitos del sistema de vuelo, y recuperar la capacidad de realizar las pruebas en tierra necesarias será costoso y llevará mucho tiempo. Además, nunca se ha operado ningún sistema NTP en el espacio.
A pesar del trabajo reciente en el desarrollo de combustibles, esta área sigue siendo un desafío, particularmente para los sistemas NTP. No se ha realizado una evaluación exhaustiva de HALEU versus HEU para sistemas NTP y NEP que evalúe un conjunto completo de parámetros críticos aplicados a la misión de referencia a Marte. Del mismo modo, no existe un estudio reciente sobre el comercio de manzanas con manzanas que compare los sistemas NEP y NTP para misiones tripuladas a Marte, en general, o la misión de referencia en particular. El comité recomienda que la NASA y el DOE, con aportes de otras partes interesadas clave, incluida la industria comercial y la academia, realicen una evaluación exhaustiva y expedita de los méritos y desafíos relativos de los combustibles HEU y HALEU para los sistemas NTP y NEP aplicados a la misión de referencia.
El Comité recomienda que el desarrollo de sistemas operativos NTP y NEP incluya amplias inversiones en modelado y simulación. También se requerirán pruebas de calificación en tierra y en vuelo. Para los sistemas NTP, las pruebas en tierra deben incluir pruebas integradas del sistema a gran escala y empuje. Para los sistemas NEP, las pruebas en tierra deben incluir pruebas de subsistemas modulares a gran escala y potencia. Dada la necesidad de enviar múltiples misiones de carga a Marte antes del vuelo de la primera misión tripulada, el comité también recomienda que la NASA utilice estas misiones de carga como un medio de calificación de vuelo del sistema de propulsión nuclear espacial que se incorporará a la primera misión tripulada.
Los sistemas NEP y NTP muestran un gran potencial para facilitar la exploración humana de Marte. Sin embargo, el uso de cualquiera de los sistemas para ejecutar la misión de referencia para 2039 requerirá un programa agresivo de investigación y desarrollo. Tal programa tendría que comenzar con la NASA tomando un conjunto significativo de decisiones de arquitectura e inversiones en el próximo año. En particular, la NASA debe desarrollar cifras consistentes de mérito y experiencia técnica para permitir una comparación objetiva de la capacidad de los sistemas NEP y NTP para cumplir con los requisitos para un lanzamiento de 2039 de la misión de referencia.
Presentación Del Futuro En Las Operaciones Espaciales
Informe completo de Prensa de las Academias Nacionales – Propulsión Nuclear Espacial para la Exploración Humana de Marte
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