Propulsión nuclear por pulsos: Plan Orión.

propulsion nuclear por pulsos proyecto orion
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Propulsión nuclear por pulsos: Plan Orión.

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Después de demasiado tiempo retomo el asunto de los viajes interestelares y  equipos de propulsión. Somos una especie exploradora y el cosmos nos atrae. Inclusive ya sabemos varios potenciales destinos estelares. Hoy hablaremos sobre un plan poco conocido en el presente que de haber salido adelante hubiera puesto a nuestro alcance el sistema solar y quizá los astros cercanas.

El plan Orión fue un ensayo de viabilidad de impulsar una nave espacial con una serie de explosiones controladas, pero no se trataba de dinamita, TNT o algún otro tipo de explosivo, hablamos de detonaciones de armas nucleares detrás de la nave (propulsión nuclear por pulsos)

El plan de que un cohete podría ser propulsado por medio explosiones sucesivas fue propuesta primeramente por el investigador en explosivos Nikolai Kibalchich en 1881, y en 1891 ideas parecidas fueron presentadas de figura independiente por el ingeniero alemán Hermann Ganswindt. Pero tendriamos que esperar a la llegada de la Segunda Guerra Mundial para que aparezca el objeto explosivo definitivo: el arma atómica de fisión.

 
Nikolai Kibalchich

La primera propuesta seria de utilizar armas nucleares como medio de propulsión de una nave espacial fue hecha en 1946 por Stanislaw Ulam. En 1944, este adolescente matemático de origen polaco trabajaba en el laboratorio de Los Álamos, Nuevo México, como parte del Plan Manhattan. Al igual que demasiados diferentes investigadores, la investigación de Ulam en Los Álamos se centraba en el desarrollo de la primera bomba atómica. El mismo calculó que la tremenda energía de una explosión nuclear se podía usar para impulsar algún tipo de nave espacial.

 
Stanislaw Ulam

Durante las siguiente evidencias nucleares él y diferentes investigadores se habían dado cuenta que varios elementos metálicos sobrevivían a la explosión más o menos intactos gracias al mecanismo de ablación. Si una nave estuviera equipada con una placa metálica plana que reflejase la energía de la explosión, quizás podría moverse a velocidades enormes utilizando explosiones atómicas. Había nacido el primer concepto de propulsión por pulso nuclear.

Pero este concepto tiene un inconveniente, más de la mitad de la energía de la explosión nuclear se perdería en el cosmos y solo una parte golpearía la placa impulsora (pulso nuclear externo). En aquellos años se pensaba que sería más eficiente contener la explosión nuclear en el interior de una «cámara de combustión» nuclear y aprovechar así casi toda la energía (pulso nuclear interno). en cambio al detonar la bomba en el interior de la cámara de combustión buena parte del impulso se anularía siendo al final mas eficiente el pulso nuclear externo.

 
Puso nuclear externo e interno.

Por lo tanto a mediados de los años 50 se propuso una nave de solamente doce toneladas con una placa de diez metros de circunferencia que podría viajar por todo el Sistema Solar (hoy nos parece ciencia ficción así que imagínense como era por lo tanto). La nave necesitaría una cantidad comprendida entre 30 y 100 artilugios nucleares de “baja” potencia para el viaje. El plasma formado por los remanentes vaporizados de la bomba sería interceptado por la placa, la cual transmitiría el empuje al vehículo por medio unos amortiguadores. La placa estaría formada por varios discos desechables que funcionarían como propelente. La parte más compleja era despegar desde la superficie terrestre utilizando explosiones nucleares, pero por aquel por lo tanto se afirmaba que era posible. ¿Se imaginan despegando a lomos de una bomba atómica?

Anteriormente de continuar repasemos un poco algo de lo que ya habíamos hablado en el blog, ¿como se clasifican los equipos de propulsión? Para ello se usan dos parámetros principales, el empuje y el impulso determinado (Isp). El empuje es fácil de entender, no es más que la fuerza que desarrolla el motor y que acelera la nave. No hace falta ser físico nuclear para intuir que el empuje generado por una explosión nuclear sería tremendo permitiendo incrementar la velocidad velozmente (muy al contrario de los motores iónicos que tienen un empuje muy pequeño). El impulso determinado (Isp) es un concepto un poco más complejo, pero básicamente es una medida de lo eficiente que es tu cohete. Cuanto mayor sea el Isp, mayor será la carga útil o la velocidad que puede alcanzar la nave. Los motores cohete de propulsión química más eficientes (como los que poseía el transbordador espacial) tienen un Isp de unos 430 segundos. Los motores que emplean propulsión nuclear térmica, como el que la NASA intenta usar para ir a Marte, podrían alcanzar un Isp de unos 1000 segundos. Orión prometía llegar a diez mil segundos, quizás incluso un millón.

Uno de los contratiempos de nuestra tecnología espacial actual es que no tenemos un sistema que cumpla con ambas circunstancias. Por un lado tenemos motores muy eficiente pero con un muy bajo empuje (motores iónicos) y por otro están los motores con empujes muy altos pero poco eficientes (motores químicos convencionales) Orión tenia ambas cualidades y eran superiores por goleada.

El motor de pulso nuclear Orión combina una muy alta velocidad de viaje de 19 a 31 km/s (atípica en los viajes espaciales) y meganewtons de empuje. Pero Orión poseía un grave inconveniente, demasiado mas grave que las dificultades tecnológicas y es que para ser un plan que usaba tecnologías desarrolladas por el ejercito, gran cantidad de las cuales eran alto incognito, Orión no aparentaba tener ninguna aplicación militar interesante. Así que a partir de 1961, el secretario de defensa de la administración Kennedy, Robert Mcnamara, rechazó financiar el Plan Orión como cualquier cosa que no fuese un mero ensayo de viabilidad. Sólo quedaba la NASA como única opción de financiación. La agencia espacial enseñó un interés moderado en el plan. Orión podría revolucionar los viajes espaciales, sí, pero además suponía una amenaza al recién nacido Proyecto Apolo.

Para 1965, el año que el plan fue oficialmente cancelado, el equipo de la Orión, había conseguido lo inimaginable. Aunque parezca inverosimil, demostraron que la nave de pulso nuclear era viable. La efectividad del diseño dependía del tamaño de las bombas de fisión empleadas, lo que a su vez definía el tamaño de la placa protectora. Se crearon dos versiones de ensayo, una con una placa de diez metros de circunferencia y otra de veinte metros. La primera podría servir para viajes a la Luna o a Marte, mientras que la segunda permitiría alcanzar Saturno anteriormente de 1980.

 
Evidencias del plan Orión, se demostró la viabilidad de la propulsión por pulsos.

La placa propulsiva tendría que soportar temperaturas de entre 15000 y 30000 K (la superficie del Sol está a casi 6000 K), aunque sólo durante tres milésimas de segundo, lo que permitiría que se pudiese fabricar con aleaciones convencionales de acero o aluminio. Igualmente, el pulso de rayos X proveniente de la explosión sólo duraría unos nanosegundos. Debido a un ingenioso sistema de varios amortiguadores en serie, se podría limitar la aceleración sufrida por la tripulación a menos de 1 o 2 g.

Posteriormente fue refinado el diseño y se estudiaron las capacidades teóricas de dichas naves, abajo podemos ver las capacidades comparadas entre dos versiones de la Orión y el cohete saturno V.

NavesOrión interplanetariaOrión interplanetaria avanzadaSaturno V
Masa de la nave4000 T10.000 T3000T
Circunferencia de la nave40 m56 m10 m
Cantidad de bombas800800
Potencia de las bombas0,14 kt0,35 kt
Carga útil a la órbita terrestre1.600 T6.100T120T
Carga útil a la superficie de la luna1.200 T5.700T15T
Carga útil en un viaje de ida y vuelta a  Marte800T5.300T
Carga útil en un viaje de ida y vuelta a  Saturno150T1.300T

Y que aplicaciones podríamos darle a semejante nave espacial. Una nave con la performance de la Orión podría abrir el sistema solar a la sociedad, permitiendo viajes cortos y con una gran capacidad de carga útil, y si decidimos enviar naves no tripuladas los condiciones son menores para estos viajes.

Se podría llegar a marte en un mes, mandar expediciones tripuladas de más de 20 personas a las lunas de jupiter, la version avanzada podria poner a una expedición tripulada en orbita de saturno en poco más de dos años. No habría rincon del sistema solar que no estuviera al alcance de la Orión. Todo ello, no lo olvidemos, utilizando tecnología disponible a finales de los años 60.

 
Viajes a Marte
 
Viajes al sistema de Jupiter.
 
Exploración de saturno.

¿Y que del viaje interestelar? Aunque Orión era una nave de ensueño para viajar por el sistema solar, seguia siendo una nave lenta para alcanzar diferentes estrellas, aun así se ensayo la viabilidad de realizar un viaje interestelar con la Orión. Una versión tradicional debería ser demasiado más grande (20 kilometros) y permitiria alcanzar una velocidad de 1000 km/s (un 0,33% de la velocidad de la luz) lo que le permitiría alcanzar la estrella más proxima (Alpha Centauri) en poco más de 1300 años. Sigue siendo demasiado pero si recordamos que con las naves actuales tardaríamos entre 80 o 90 mil años es un avance significativo.

Pero un diseño avanzado de la Orión, con placas protectoras recubiertas con material ablativo que disipen del calor de una figura demasiado más eficiente podría alcanzar un fantástico 3,3% de la velocidad de la luz (alrededor de 10.000 km/s) con esta velocidad el viaje a la estrella más proxima duraría solo 133 años y sería necesaria una nave de «solo» 100 metros de circunferencia.

“Marte en 1965, Saturno en 1970”, decía Freeman Dyson (un investigador que había trabajado en el plan y que sería el principal defensor de Orión durante las siguientes décadas.) cuando se refería a las posibilidades del Plan Orión, un plan que podría haber revolucionado la cronica y cuyo coste estimado era similar al del Proyecto Apolo.

Freeman Dyson

Demasiados han refinado el diseño de Orión con el paso de los años, variando los componentes empleados y el tipo de bomba utilizado, Se ha sugerido utilizar bombas de fusión (más eficiente que las de fisión) y hace poco se ha propuesto el uso de bombas de fisión “enriquecidas” con antimateria para mejorar la eficiencia del diseño, aunque se trata de una propuesta que supera nuestras capacidades tecnológicas actuales. En los años 80, Carl Sagan declaró que Orión sería el mejor uso que se le podía dar a los miles de armas nucleares que existen sobre nuestro mundo.

Con el paso de los años el plan Orión fue olvidado, y en gran cantidad de las obras, websites, blogs y demás medios que hablan encima del viaje espacial apenas se habla del mismo. Pero no nos olvidemos que la propulsión nuclear por pulsos es la única figura de propulsión avanzada que nos permitiría recorrer todo el sistema solar utilizando tecnología ya que existe. Algún día quizás.

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