Democritos: un prototipo europeo de reactor nuclear espacial

por Daniel Marín

El uso de reactores nucleares en el espacio no ha acabado de fructificar. Entre 1967 y 1988 la Unión Soviética lanzó 33 reactores nucleares al espacio, 31 de tipo Buk (BES-5) y 2 del tipo TOPAZ (TEU-5 Tópol), mientras que EEUU solo ha lanzado uno, el SNAP-10, en 1965. No obstante, desde hace décadas se ha intentado resucitar el diseño de reactores para su uso más allá de la órbita baja. Estos sistemas podrían servir para suministrar energía a sistemas de propulsión eléctrica (con motores iónicos o de plasma) que impulsen remolcadores orbitales o sondas al sistema solar exterior, o incluso para abastecer bases tripuladas en la Luna o Marte. A principios de este siglo Estados Unidos volvió a intentar introducir esta tecnología de la mano del proyecto Prometeo, pero sin éxito. No obstante, en la actualidad EEUU continúa desarrollando reactores nucleares para su uso en el espacio gracias al programa Kilopower.

Concepto de nave de propulsión nuclear eléctrica (NEP) del proyecto europeo DEMOCRITOS. El reactor está en el extremo izquierdo. Las estructuras triangulares son los radiadores. En el extremo derecho están los tanques de xenón y los motores iónicos (European Science Foundation).

Por otro lado, Rusia también sigue adelante con su programa de reactor espacial de un megavatio de potencia desde hace ya casi una década, aunque la falta de financiación ha afectado significativamente el progreso del proyecto. En el caso de Europa uno podría pensar que la opinión pública del continente es hostil al uso de la energía nuclear en el espacio, a pesar de que fuera de la Tierra la radiación de un reactor no es especialmente contaminante (la radiación natural más allá de la órbita baja es más preocupante que la que procede de la de un reactor de pequeño tamaño). Y seguramente acertaríamos. Sin embargo, la ESA carece de acceso a fuentes de plutonio-238 para generadores de radioisótopos (RTG) necesarios para poder explorar el sistema solar externo y otros destinos. Por este motivo se podría dar la paradoja de que fuese más sencillo tecnológica y políticamente construir un reactor nuclear espacial en Europa que desarrollar RTGs a base de plutonio.

Proyecto de remolcador nuclear ruso (ROSATOM).

Entre 2013 y 2014 Europa llevó a cabo sin mucha repercusión pública el estudio MEGAHIT en colaboración con —principalmente con el Centro de Investigación Keldysh— para evaluar las tecnologías asociadas con la construcción de un reactor nuclear espacial. El objetivo principal de MEGAHIT era estudiar los pasos necesarios para crear un reactor capaz de alimentar un sistema de propulsión eléctrica nuclear (NEP) con una potencia eléctrica de un megavatio, un objetivo muy ambicioso teniendo en cuenta que el proyecto Kilopower estadounidense apunta a un reactor más modesto, de uno a diez kilovatios (como comparación, los Buk y TOPAZ soviéticos tenían una potencia de 3 y 5 kilovatios respectivamente).

El reactor se lanzaría a una órbita relativamente alta (mínimo 800 kilómetros) para evitar que, en caso de fallo, pudiera reentrar en la atmósfera hasta dentro de muchas décadas o siglos. El reactor despegaría inerte (por lo tanto, sin emitir radiación) y se uniría en el espacio con el resto de la nave para crear un vehículo de unas veinte toneladas. Las aplicaciones estudiadas han sido muy variopintas: tractores gravitatorios para desviar asteroides peligrosos, misiones a Europa (Júpiter) o Titán (Saturno), remolcadores lunares o naves de carga para una misión tripulada a Marte.

Partes de una nave nuclear estudiada en el marco de MEGAHIT (European Science Foundation).

Un reactor de fisión para su uso en el espacio (CNES).

En su rol de tractor gravitatorio la nave nuclear sería capaz de alcanzar el asteroide Apofis en doscientos y días y desviar su órbita permaneciendo a trescientos metros de distancia durante unos cuarenta días. Si se usase para mandar una misión a Europa se podría enviar un vehículo de entre tres y diez toneladas en tan solo tres años de viaje gracias al empleo de motores iónicos (de muy alto empuje específico). En 2015 dio comienzo el proyecto DEMOCRITOS (DEMOnstrators for Core, Conversion, Radiator, and Innovative Thrusters for Orbiter deflection and Space exploration) como continuación de MEGAHIT. DEMOCRITOS, liderado por Francia (CNES), Alemania (DLR), Italia (Thales Alenia Space), el National Nuclear Laboratory (Reino Unido), el instituto Keldysh (Rusia) y la European Science Foundation, se prolongó hasta abril de 2017 poniendo el foco en las necesidades que conlleva la construcción de un reactor nuclear de un megavatio de potencia eléctrica (y más de dos megavatios de potencia térmica) capaz de funcionar cinco años a toda máquina.

Diseño de referencia de DEMOCRITOS (European Science Foundation).

Funcionamientos y elementos del reactor (European Science Foundation).

El diseño de referencia de DEMOCRITOS era un reactor que use el ciclo Brayton con unas seis turbinas con helio-xenón a alta temperatura (1000 ºC) para generar electricidad (los reactores soviéticos no tenían turbinas ni partes móviles para asegurar su funcionamiento). El reactor estaría refrigerado por litio o por la mezcla de helio-xenón. Pero para ello primero habría que crear un demostrador tecnológico en tierra de unos doscientos kilovatios de potencia. La nave operativa estaría lista en 2030 o 2040 para conquistar el sistema solar.

Otra vista de la nave nuclear de DEMOCRITOS (European Science Foundation).

Lamentablemente, todo indica que el legado de DEMOCRITOS no irá a ninguna parte por culpa del rechazo político —con la excepción de Francia— y el empeoramiento en los últimos años de las relaciones con Rusia, socio clave del programa. Y eso sin hablar del coste: solo la construcción de un prototipo en tierra costaría entre 50 y 70 millones de euros. Sea como sea, el mero hecho de que se estudie una iniciativa semejante en Europa ya es algo muy significativo. Habrá que seguir esperando al renacimiento de los reactores nucleares en el espacio.

Fuente:  danielmarin.naukas.com