El rover Perseverance de la NASA es la 1ª nave espacial en años en transportar plutonio fresco estadounidense. No será la última.
Si quieres explorar el sistema solar exterior, necesitas plutonio.
El generador termoeléctrico multi-misión basado en plutonio del rover Perseverance, o MMRTG, fuente de energía. (Crédito de la imagen: Departamento de Energía)
En el interior de algunas de las sondas espaciales más venerables de la NASA se encuentran corazones llenos de plutonio que laten para calentar y alimentar a los robots, que incluyen la nave espacial gemela Voyager,Cassini antes de su audaz inmersión a través de los anillos de Saturno y New Horizons caminando a través de los escombros del Cinturón de Kuiper.
Pero a raíz de la Guerra Fría, Estados Unidos dejó de producir su propio plutonio. Durante un tiempo, la NASA podría ejecutar sus misiones únicamente con plutonio existente o importado. Pero gracias a un cambio en la asociación de la agencia espacial con el Departamento de Energía, el verano pasado, el plutonio estadounidense fresco una vez más salió de la Tierra dentro del rover Perseverance de la NASA con destino a Marte, y más misiones lo harán en los próximos años. Y para los científicos que se centran en el sistema solar exterior, eso es vital.
"Nuestro viaje al descubrimiento requiere que podamos desconectarnos de nuestro propio sistema solar", dijo a Space.com Abigail Rymer, física espacial del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Maryland y miembro del Grupo de Evaluación de Planetas Exteriores que asesora a la NASA. "Tenemos que ser capaces de llevarnos a casa; nuestra fuente de alimentación no debe depender de nuestra propia estrella. Cuanto más salimos, más cierto se vuelve eso".
Sólo hay unas pocas formas familiares y confiables de alimentar una nave espacial; el plutonio y la luz solar son las opciones más comunes. Pero a medida que una sonda se aleja hacia el sistema solar y más lejos del sol, la luz solar pierde rápidamente su poder: la nave espacial Juno de la NASA que actualmente orbita Júpiter, por ejemplo, requiere avances en la tecnología de energía solar para sobrevivir sin tecnología nuclear, dijo Rymer.
Por lo tanto, si quieres enviar una nave espacial a los planetas gigantes de nuestro sistema solar y más allá, o a otros lugares oscuros como las regiones permanentemente oscuras en las profundidades de los cráteres cerca de los polos de la Luna, es probable que quieras energía nuclear. Esa preferencia tampoco se trata solo de la luz solar; la energía nuclear también ayuda a las naves espaciales a enfrentar amenazas como las bajas temperaturas y la alta radiación.
"Nos permite explorar donde no llega la luz solar, pero también nos permite explorar ambientes hostiles, y eso se debe a que podemos llevar nuestro calor con nosotros", dijo a Space.com June Zakrajsek, gerente del programa radioisótopos Power Systems (RPS) de la NASA en el Centro de Investigación Glenn en Ohio. "Es la confiabilidad y ese tipo de factores lo que es realmente importante para nuestras misiones, y no podríamos hacer algunas de las misiones sin ella".
La próxima nave espacial impulsada por plutonio de la NASA será la misión Dragonfly rotorcraft, que se lanzará en 2027 a la extraña luna titán de Saturno, que según la NASA recibe alrededor del 1% de la luz solar que recibe la Tierra. Debido a la fuente de energía nuclear de Dragonfly, la nave espacial probablemente se congelará hasta la muerte en el paisaje de metano líquido y imponentes acantilados de hielo de agua mucho antes de que se quede sin energía, dijo Zakrajsek.
Dragonfly pertenece a una clase de misiones de la NASA apodadas New Frontiers, el nivel más ambicioso de la agencia de propuestas de expedición de ciencia planetaria que la NASA acepta de científicos más allá de sus centros. El hecho de que la NASA incluso considerara Dragonfly — y mucho menos la seleccionara — habla del progreso de la agencia trabajando con el Departamento de Energía para aumentar el suministro de plutonio disponible para los diseñadores de misiones.
En la campaña de selección para la anterior misión New Frontiers, dijo Zakrajsek, la NASA estipuló que las naves espaciales deben operar sin energía nuclear, ya que la agencia no estaba segura de que la asociación tuviera suficiente plutonio para suministrar una nueva misión. (La misión OSIRIS-REx para muestrear el asteroide cercano a la Tierra Bennu fue seleccionada durante esa ronda).
Zakrajsek calificó la disponibilidad de combustible para la selección más reciente como "un gran problema". "El hecho de que ya no estemos tomando decisiones que limiten la misión basadas en RPS [sistemas de energía de radioisótopos] es importante", dijo. "Parece estar haciendo a los científicos un poco más felices".
La transición se debe, en parte, a una decisión de la NASA de evaluar anualmente sus necesidades de plutonio para la próxima década, dijo, dando a la asociación más preparación para garantizar el suministro necesario. También se debe a la decisión del Departamento de Energía de producir plutonio de la nave espacial a un ritmo constante, un cambio radical con respecto a su proceso anterior.
"La NASA se acercaría al departamento y nos haría saber: 'Oye, tenemos una misión por delante'", dijo Tracey Bishop, subsecretaria adjunta de programas de infraestructura nuclear en el Departamento de Energía, a Space.com. "Sacaríamos el equipo de la reserva, iríamos y contrataríamos nuevo personal, recalificaríamos el equipo y los procesos, fabricaríamos combustible, apoyaríamos el desarrollo de los RPS, y una vez que la misión terminara, dejaríamos de lado las capacidades y las pondríamos en espera en frío hasta la próxima adición".
Ese sistema fue diseñado en parte porque las naves espaciales de la NASA son el único uso del Departamento de Energía para este material en particular, el óxido de plutonio también apodado plutonio-238. Y las naves espaciales pueden no ser lo que nadie piensa primero cuando se les pregunta sobre el plutonio. "Nuestro uso es, con mucho, la menos famosa de las cosas para las que se usa el plutonio", dijo Rymer. (El plutonio utilizado en armas nucleares y reactores incluye un neutrón adicional en comparación con la variedad de vuelos espaciales.)
Pero en 2017, la NASA y el Departamento de Energía decidieron que el proceso de stop-and-go era demasiado riesgoso para la nave espacial que no puede lanzarse sin plutonio-238. Bishop dijo que con el nuevo sistema de producción estable, la agencia espera afeitarse hasta dos años de la línea de tiempo de producción, que podría durar hasta una década.
El plutonio a bordo del rover Perseverance habla del impacto de este nuevo enfoque. El Departamento de Energía no había planeado suministrar combustible a esa nave espacial en particular. Pero el primer plutonio del nuevo proceso de producción estaba listo y necesitaba ser evaluado de todos modos, por lo que una vez que la agencia determinó que cumplía con los requisitos de la NASA, los funcionarios del programa decidieron seguir adelante y terminar de preparar el material un par de años antes de lo previsto para probar los sistemas, dijo Bishop. Señaló que el éxito del proyecto aumentó la confianza del Departamento de Energía en que puede satisfacer las necesidades de combustible de la NASA en el futuro.
"Es muy fácil girar el dial un poco si una proyección de misión cambia, en lugar de que el dial esté apagado y ahora tienes que encenderlo y esperar a que se caliente y se incorpore al proceso", dijo. "Ahora es más un ajuste fino".
Mientras el Departamento de Energía aumenta la producción de plutonio, la NASA está trabajando en el desarrollo de la próxima generación de sistemas de energía que mantendrán ese plutonio, dijo Zakrajsek, con el trabajo centrado en dos enfoques diferentes.
anuncio
Uno, llamado fuente de energía dinámica de radioisótopos, puede ser tres o cuatro veces más eficiente que el estándar actual, el generador termoeléctrico de radioisótopos multi-misión (MMRTG). Sin embargo, el sistema dinámico es complicado porque, como su nombre indica, incorpora partes móviles.
"El espacio es difícil, y es realmente difícil para los sistemas que se mueven", dijo Zakrajsek. La NASA está trabajando actualmente en el diseño de dicho sistema, que potencialmente podría estar listo para un vuelo de prueba en la luna cerca del final de la década, señaló.
En el interior de algunas de las sondas espaciales más venerables de la NASA se encuentran corazones llenos de plutonio que laten para calentar y alimentar a los robots, que incluyen la nave espacial gemela Voyager,Cassini antes de su audaz inmersión a través de los anillos de Saturno y New Horizons caminando a través de los escombros del Cinturón de Kuiper.
Pero a raíz de la Guerra Fría, Estados Unidos dejó de producir su propio plutonio. Durante un tiempo, la NASA podría ejecutar sus misiones únicamente con plutonio existente o importado. Pero gracias a un cambio en la asociación de la agencia espacial con el Departamento de Energía, el verano pasado, el plutonio estadounidense fresco una vez más salió de la Tierra dentro del rover Perseverance de la NASA con destino a Marte, y más misiones lo harán en los próximos años. Y para los científicos que se centran en el sistema solar exterior, eso es vital.
"Nuestro viaje al descubrimiento requiere que podamos desconectarnos de nuestro propio sistema solar", dijo a Space.com Abigail Rymer, física espacial del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Maryland y miembro del Grupo de Evaluación de Planetas Exteriores que asesora a la NASA. "Tenemos que ser capaces de llevarnos a casa; nuestra fuente de alimentación no debe depender de nuestra propia estrella. Cuanto más salimos, más cierto se vuelve eso".
Sólo hay unas pocas formas familiares y confiables de alimentar una nave espacial; el plutonio y la luz solar son las opciones más comunes. Pero a medida que una sonda se aleja hacia el sistema solar y más lejos del sol, la luz solar pierde rápidamente su poder: la nave espacial Juno de la NASA que actualmente orbita Júpiter, por ejemplo, requiere avances en la tecnología de energía solar para sobrevivir sin tecnología nuclear, dijo Rymer.
Por lo tanto, si quieres enviar una nave espacial a los planetas gigantes de nuestro sistema solar y más allá, o a otros lugares oscuros como las regiones permanentemente oscuras en las profundidades de los cráteres cerca de los polos de la Luna, es probable que quieras energía nuclear. Esa preferencia tampoco se trata solo de la luz solar; la energía nuclear también ayuda a las naves espaciales a enfrentar amenazas como las bajas temperaturas y la alta radiación.
"Nos permite explorar donde no llega la luz solar, pero también nos permite explorar ambientes hostiles, y eso se debe a que podemos llevar nuestro calor con nosotros", dijo a Space.com June Zakrajsek, gerente del programa radioisótopos Power Systems (RPS) de la NASA en el Centro de Investigación Glenn en Ohio. "Es la confiabilidad y ese tipo de factores lo que es realmente importante para nuestras misiones, y no podríamos hacer algunas de las misiones sin ella".
La próxima nave espacial impulsada por plutonio de la NASA será la misión Dragonfly rotorcraft, que se lanzará en 2027 a la extraña luna titán de Saturno, que según la NASA recibe alrededor del 1% de la luz solar que recibe la Tierra. Debido a la fuente de energía nuclear de Dragonfly, la nave espacial probablemente se congelará hasta la muerte en el paisaje de metano líquido y imponentes acantilados de hielo de agua mucho antes de que se quede sin energía, dijo Zakrajsek.
Dragonfly pertenece a una clase de misiones de la NASA apodadas New Frontiers, el nivel más ambicioso de la agencia de propuestas de expedición de ciencia planetaria que la NASA acepta de científicos más allá de sus centros. El hecho de que la NASA incluso considerara Dragonfly — y mucho menos la seleccionara — habla del progreso de la agencia trabajando con el Departamento de Energía para aumentar el suministro de plutonio disponible para los diseñadores de misiones.
En la campaña de selección para la anterior misión New Frontiers, dijo Zakrajsek, la NASA estipuló que las naves espaciales deben operar sin energía nuclear, ya que la agencia no estaba segura de que la asociación tuviera suficiente plutonio para suministrar una nueva misión. (La misión OSIRIS-REx para muestrear el asteroide cercano a la Tierra Bennu fue seleccionada durante esa ronda).
Zakrajsek calificó la disponibilidad de combustible para la selección más reciente como "un gran problema". "El hecho de que ya no estemos tomando decisiones que limiten la misión basadas en RPS [sistemas de energía de radioisótopos] es importante", dijo. "Parece estar haciendo a los científicos un poco más felices".
La transición se debe, en parte, a una decisión de la NASA de evaluar anualmente sus necesidades de plutonio para la próxima década, dijo, dando a la asociación más preparación para garantizar el suministro necesario. También se debe a la decisión del Departamento de Energía de producir plutonio de la nave espacial a un ritmo constante, un cambio radical con respecto a su proceso anterior.
"La NASA se acercaría al departamento y nos haría saber: 'Oye, tenemos una misión por delante'", dijo Tracey Bishop, subsecretaria adjunta de programas de infraestructura nuclear en el Departamento de Energía, a Space.com. "Sacaríamos el equipo de la reserva, iríamos y contrataríamos nuevo personal, recalificaríamos el equipo y los procesos, fabricaríamos combustible, apoyaríamos el desarrollo de los RPS, y una vez que la misión terminara, dejaríamos de lado las capacidades y las pondríamos en espera en frío hasta la próxima adición".
Ese sistema fue diseñado en parte porque las naves espaciales de la NASA son el único uso del Departamento de Energía para este material en particular, el óxido de plutonio también apodado plutonio-238. Y las naves espaciales pueden no ser lo que nadie piensa primero cuando se les pregunta sobre el plutonio. "Nuestro uso es, con mucho, la menos famosa de las cosas para las que se usa el plutonio", dijo Rymer. (El plutonio utilizado en armas nucleares y reactores incluye un neutrón adicional en comparación con la variedad de vuelos espaciales.)
Pero en 2017, la NASA y el Departamento de Energía decidieron que el proceso de stop-and-go era demasiado riesgoso para la nave espacial que no puede lanzarse sin plutonio-238. Bishop dijo que con el nuevo sistema de producción estable, la agencia espera afeitarse hasta dos años de la línea de tiempo de producción, que podría durar hasta una década.
El plutonio a bordo del rover Perseverance habla del impacto de este nuevo enfoque. El Departamento de Energía no había planeado suministrar combustible a esa nave espacial en particular. Pero el primer plutonio del nuevo proceso de producción estaba listo y necesitaba ser evaluado de todos modos, por lo que una vez que la agencia determinó que cumplía con los requisitos de la NASA, los funcionarios del programa decidieron seguir adelante y terminar de preparar el material un par de años antes de lo previsto para probar los sistemas, dijo Bishop. Señaló que el éxito del proyecto aumentó la confianza del Departamento de Energía en que puede satisfacer las necesidades de combustible de la NASA en el futuro.
"Es muy fácil girar el dial un poco si una proyección de misión cambia, en lugar de que el dial esté apagado y ahora tienes que encenderlo y esperar a que se caliente y se incorpore al proceso", dijo. "Ahora es más un ajuste fino".
Mientras el Departamento de Energía aumenta la producción de plutonio, la NASA está trabajando en el desarrollo de la próxima generación de sistemas de energía que mantendrán ese plutonio, dijo Zakrajsek, con el trabajo centrado en dos enfoques diferentes.
anuncio
Uno, llamado fuente de energía dinámica de radioisótopos, puede ser tres o cuatro veces más eficiente que el estándar actual, el generador termoeléctrico de radioisótopos multi-misión (MMRTG). Sin embargo, el sistema dinámico es complicado porque, como su nombre indica, incorpora partes móviles.
"El espacio es difícil, y es realmente difícil para los sistemas que se mueven", dijo Zakrajsek. La NASA está trabajando actualmente en el diseño de dicho sistema, que potencialmente podría estar listo para un vuelo de prueba en la luna cerca del final de la década, señaló.
El segundo enfoque se basa en el propio legado de la NASA, basado en los primeros sistemas de energía nuclear de la nave espacial. Este sistema sería una versión perfeccionada y más eficiente de las unidades RTG de fuente de calor de propósito general (GPHS) que volaron en Galileo,Cassini y New Horizons. Zakrajsek dijo que este tipo de fuente de energía sería particularmente atractiva para misiones más grandes que se dirigen a Neptuno o Urano.
Coincidentemente, Rymer dirigió un equipo que exploró cómo una misión tan hipotética podría estudiar Neptuno y su luna más grande, Tritón. Ella describió el desafiante proceso de tratar de "afeitar cada vatio y gramo que podamos" de los instrumentos para cumplir con las limitaciones de las oportunidades de lanzamiento y las fuentes de alimentación sin sacrificar los objetivos científicos.
"Es un esfuerzo enorme porque es una de las cosas que podemos controlar", dijo. "La física te dice cuánta potencia necesitas para sobrevivir para llegar a tu objetivo, pero tenemos científicos e ingenieros que realmente pueden optimizar la cantidad de energía que necesitas usar cuando llegas allí, así que nos enfocamos en eso bastante".
Sobre la base de los calendarios de producción actuales, si la única nave espacial anterior en utilizar energía nuclear fuera la misión Dragonfly, habría —apenas— suficiente plutonio para alimentar la hipotética misión Neptuno/Tritón.
anuncio
Sin embargo, existe la posibilidad de que otra misión se una a la cola. La NASA pronto anunciará cuál de los cuatro finalistas ha seleccionado en la clase de misiones Discovery más pequeñas. (Ese programa incluye naves espaciales como el Lunar Reconnaissance Orbiter y el módulo de aterrizaje de geología de Marte InSight, así como futuras misiones de asteroides Lucy y Psyche).
Uno de los cuatro finalistas, Trident, exploraría Tritón y se basaría en dos unidades de energía nuclear. Lo más probable es que, si se selecciona esa misión, la NASA omitiría una idea más grande de Neptuno / Tritón para evitar el trabajo científico duplicado, pero hay muchos otros mundos distantes que vale la pena explorar. Y el espectro continuo de una escasez apunta a las limitaciones que los científicos todavía deben tener en el fondo de sus mentes al considerar futuras naves espaciales.
Es solo esa restricción la que la NASA espera que la asociación rediseñada con el Departamento de Energía elimine.
"Si el plutonio se hubiera estado produciendo consistentemente en todo momento, entonces tendríamos una gran reserva de él", dijo Rymer. "Espero que esa sea la situación en la que vamos a estar en no demasiados años".
Coincidentemente, Rymer dirigió un equipo que exploró cómo una misión tan hipotética podría estudiar Neptuno y su luna más grande, Tritón. Ella describió el desafiante proceso de tratar de "afeitar cada vatio y gramo que podamos" de los instrumentos para cumplir con las limitaciones de las oportunidades de lanzamiento y las fuentes de alimentación sin sacrificar los objetivos científicos.
"Es un esfuerzo enorme porque es una de las cosas que podemos controlar", dijo. "La física te dice cuánta potencia necesitas para sobrevivir para llegar a tu objetivo, pero tenemos científicos e ingenieros que realmente pueden optimizar la cantidad de energía que necesitas usar cuando llegas allí, así que nos enfocamos en eso bastante".
Sobre la base de los calendarios de producción actuales, si la única nave espacial anterior en utilizar energía nuclear fuera la misión Dragonfly, habría —apenas— suficiente plutonio para alimentar la hipotética misión Neptuno/Tritón.
anuncio
Sin embargo, existe la posibilidad de que otra misión se una a la cola. La NASA pronto anunciará cuál de los cuatro finalistas ha seleccionado en la clase de misiones Discovery más pequeñas. (Ese programa incluye naves espaciales como el Lunar Reconnaissance Orbiter y el módulo de aterrizaje de geología de Marte InSight, así como futuras misiones de asteroides Lucy y Psyche).
Uno de los cuatro finalistas, Trident, exploraría Tritón y se basaría en dos unidades de energía nuclear. Lo más probable es que, si se selecciona esa misión, la NASA omitiría una idea más grande de Neptuno / Tritón para evitar el trabajo científico duplicado, pero hay muchos otros mundos distantes que vale la pena explorar. Y el espectro continuo de una escasez apunta a las limitaciones que los científicos todavía deben tener en el fondo de sus mentes al considerar futuras naves espaciales.
Es solo esa restricción la que la NASA espera que la asociación rediseñada con el Departamento de Energía elimine.
"Si el plutonio se hubiera estado produciendo consistentemente en todo momento, entonces tendríamos una gran reserva de él", dijo Rymer. "Espero que esa sea la situación en la que vamos a estar en no demasiados años".
Comentarios
Publicar un comentario