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martes, diciembre 6, 2022
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Dos nuevas empresas de Seattle compiten para transformar los viajes espaciales de próxima generación

La frase «energía nuclear» evoca imágenes de grandes torres humeantes o el reactor de arco de Tony Stark de las icónicas películas de «Iron Man». Pero dos nuevas empresas con sede en Seattle están diseñando tecnologías nucleares lo suficientemente pequeñas como para recogerlas y transportarlas, gracias en parte a la aceptación del Departamento de Defensa, y esperan que sirvan de combustible para una nueva generación de naves espaciales.

Avalanche Energy y Ultra Safe Nuclear Corporation de Seattle recibieron cantidades no reveladas de fondos de la Unidad de Innovación de Defensa del Pentágono en mayo para desarrollar aún más dos enfoques diferentes para la energía nuclear a pequeña escala.

Avalanche está ampliando los límites de la fusión nuclear, mientras que Ultra Safe tiene como objetivo revolucionar las baterías de radioisótopos nucleares, como las que alimentan a los vehículos exploradores de Marte. Se espera que ambas compañías entreguen prototipos de naves espaciales funcionales al Pentágono para 2027.

«La energía nuclear es un área interesante porque tradicionalmente ha estado principalmente en el ámbito del gobierno», dijo el mayor de la Fuerza Aérea de EE. UU. Ryan Weed, gerente del programa de propulsión y energía nuclear de la Unidad de Innovación de Defensa. La unidad, el puesto de avanzada del Pentágono en Silicon Valley, trabaja exclusivamente con empresas del sector privado para adaptar tecnologías emergentes para uso militar.

Después de seis décadas de investigación en ciencia de materiales, los combustibles nucleares son relativamente seguros y están siendo aceptados en el sector privado. La crisis climática también ha cambiado la opinión pública hacia la aceptación de la energía nuclear como un reemplazo viable de los combustibles fósiles. Los avances masivos en el modelado por computadora han hecho que el desarrollo comercial de la energía nuclear sea más factible, dijo Chris Hansen, un investigador de fusión que dirige un laboratorio en la Universidad de Washington.

El estado de Washington tiene una relación con la investigación nuclear que se remonta al sitio de Hanford de la era de la Segunda Guerra Mundial, que produjo la mayor parte del plutonio para los EE. UU. Dejando de lado su historia moralmente compleja, Hanford indudablemente fomentó una «cultura de experiencia nuclear» en el estado, dijo Scott Montgomery, profesor de la Escuela Jackson de Estudios Internacionales de la Universidad de Washington.

Hoy, el estado es un centro para empresas nucleares comerciales, en particular empresas que intentan descifrar la fusión nuclear a pequeña escala. A diferencia de la fisión, que genera energía al descomponer metales radiactivos pesados ​​como el uranio, la fusión ocurre cuando dos núcleos atómicos más pequeños chocan para formar el núcleo más grande de un elemento diferente, liberando energía en el proceso.

Al cofundador de Avalanche, Brian Riordan, le gusta visualizar la fusión como intentar unir dos bolas magnéticas cubiertas con velcro.

«El velcro actúa en una distancia muy corta, pero si pudiera acercarlos lo suficiente y el velcro fuera fuerte, se pegarían», dijo Riordan.

Es difícil lograr la fusión porque, al igual que los imanes cubiertos de velcro, los iones cargados positivamente se repelen naturalmente entre sí. Es aún más difícil empaquetarlo en un recipiente pequeño. Un ejemplo: más de 35 países han invertido años y miles de millones de dólares en la construcción del reactor Iter Tokamak en el sur de Francia. La máquina no se encenderá hasta 2025 y no será comercialmente viable hasta al menos 2035.

Mientras tanto, las nuevas empresas de Seattle están en los titulares.

El mayor obstáculo de ingeniería para la fusión es lograr que la máquina produzca más energía de la que consume, pero Zap Energy, con sede en Seattle, proclamó la semana pasada que espera tener un prototipo funcional dentro de un año. En 2021, Helion Energy, con sede en Everett, anunció que comenzaría a construir el primer reactor comercial de fusión nuclear en Everett con una fecha de finalización prevista para 2028.

Avalanche, cofundada por los ex ingenieros de Blue Origin, Riordan y Robin Langtry, entró en la carrera hacia la fusión en 2018 y ha patentado un nuevo reactor de fusión del tamaño de una lonchera denominado «Orbitron».

El dispositivo combina dos instrumentos existentes en una cámara de vacío: una «trampa orbital», que aprovecha los iones con carga positiva en una pequeña órbita alrededor de un cátodo con carga negativa, y un «magnetrón», que genera una corriente de electrones. La introducción de electrones en el reactor neutraliza la carga positiva y permite que una mayor cantidad de iones ingresen al espacio, y empaquetar más iones en ese pequeño espacio aumenta exponencialmente las posibilidades de fusión.

El equipo está refinando el primer prototipo y planea escalar a un dispositivo más grande en agosto. El principal desafío de ingeniería será miniaturizar el conductor de alto voltaje para que encaje en el paquete deseado pero aún así suministre suficiente energía al cátodo para que los iones orbiten lo suficientemente rápido como para fusionarse.

Eventualmente, el producto terminado debe producir entre 5 y 15 kilovatios, aunque los usuarios pueden agrupar muchas unidades para producir cantidades mucho mayores de energía. El tamaño hace que Orbitron sea propicio para los viajes espaciales, lo que distingue a Avalanche durante el proceso de selección de contratos del Pentágono, dijo Weed, gerente de proyectos de la Unidad de Innovación de Defensa.

Mientras Avalanche intenta desbloquear la fusión a pequeña escala, Ultra Safe está desarrollando una «batería nuclear» nueva y mejorada llamada EmberCore. Estos dispositivos son esencialmente rocas radiactivas calientes que liberan energía de manera constante a medida que se descomponen.

«Puede utilizar la roca caliente como una roca caliente, o puede envolverla con tecnología de conversión de energía para convertir ese calor en electricidad», dijo Adam Schilffarth, director de estrategia de la división de tecnologías avanzadas de Ultra Safe.

Históricamente, la NASA ha utilizado plutonio para baterías de radioisótopos, como las que alimentan el rover Curiosity en Marte y las sondas de espacio profundo Voyager 1 y 2. Sin embargo, el plutonio es una sustancia costosa, rara y peligrosa. Ultra Safe ha explorado diferentes isótopos, como el cobalto-60 y el tulio, que se pueden escalar para producir 10 veces la energía de los sistemas de plutonio tradicionales y, al mismo tiempo, ser más seguros y rentables.

El primer producto EmberCore Ultra Safe lanzado al mercado tiene el tamaño de una manzana. Funciona como un «calentador de manos» para los alunizajes para que puedan sobrevivir una noche lunar de 14 días, dijo Chris Morrison, ingeniero jefe del proyecto EmberCore. El prototipo final del Pentágono tendrá el tamaño de un pequeño archivador.

Weed dijo que EmberCore y Orbitron pueden permitir que las naves espaciales viajen más lejos y eliminen la dependencia de los paneles solares. Con capacidades de potencia tan grandes, estas tecnologías también podrían generar una nueva generación de naves espaciales que pueden saltar fácilmente entre los niveles de la órbita de la Tierra. Eso podría abrir la puerta a todo tipo de viajes espaciales comerciales, turismo y comercio.

«Estos nuevos sistemas de propulsión nos permitirán tener nuevas misiones conocidas y, por lo tanto, afectará la forma en que empleamos el poder espacial», dijo Weed. «Definitivamente será un cambio de juego».

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Homer Dávila. Máster en geología. Miembro de la International Meteor Organization. Astronomía, radioastronomía, cosmología y ciencia planetaria.
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