Ja en les primeres etapes del desenvolupament de la indústria espacial i de coets, van aparèixer les primeres propostes per a l’ús de diverses tecnologies nuclears. Es van proposar i treballar diverses tecnologies i unitats, però només algunes van arribar a funcionar realment. En el futur, s’espera la introducció de solucions fonamentalment noves.
El primer a l’espai
El 1954 es va crear el primer generador termoelèctric de radioisòtops (RTG o RTG) als EUA. L’element principal d’un RTG és un isòtop radioactiu que decau de forma natural amb l’alliberament d’energia tèrmica. Amb l’ajut d’un termoelement, l’energia tèrmica es converteix en energia elèctrica que es subministra als consumidors.
El principal avantatge del RTG és la possibilitat d'un funcionament a llarg termini amb característiques estables i sense manteniment. La vida útil està determinada per la vida mitjana de l’isòtop seleccionat. Al mateix temps, aquest generador es caracteritza per una baixa eficiència i potència de sortida, i també necessita protecció biològica i mesures de seguretat adequades. No obstant això, els RTG han trobat aplicació en diverses àrees amb requisits especials.
El 1961 als EUA es va crear un RTG del tipus SNAP 3B amb 96 g de plutoni-238 en una càpsula. El mateix any, el satèl·lit Transit 4A, equipat amb aquest generador, va entrar en òrbita. Es va convertir en la primera sonda espacial en òrbita terrestre que va utilitzar energia de fissió nuclear. El 1965, la URSS va llançar el satèl·lit Kosmos-84, el seu primer dispositiu Orion-1 RTG que utilitza poloni-210.
Posteriorment, les dues superpotències van utilitzar activament els RTG per crear tecnologia espacial amb diversos propòsits. Per exemple, una sèrie de rovers de Mart en les últimes dècades han estat impulsats per la decadència dels elements radioactius. De la mateixa manera, es proporciona el subministrament d'energia de les missions que s'allunyen del Sol.
Durant més de mig segle, els RTG han demostrat les seves capacitats en diversos àmbits, inclosos els a la indústria espacial, tot i que continuaven sent una eina especialitzada per a tasques específiques. No obstant això, en aquest paper, els generadors de radioisòtops contribueixen al desenvolupament de la indústria, la investigació, etc.
Coet nuclear
Poc després de l'inici dels programes espacials, els països líders van començar a treballar el tema de la creació d'un motor de coets nuclear. S'han proposat diferents arquitectures amb diferents principis de funcionament i diferents beneficis. Per exemple, en el projecte nord-americà Orion, es va proposar una nau espacial que utilitza una ona de xoc de ogives nuclears de baixa potència per accelerar. A més, s'estaven elaborant dissenys d'un aspecte més familiar.
Als anys cinquanta i seixanta, la NASA i organitzacions relacionades van desenvolupar el motor NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). El seu component principal era un reactor nuclear de cicle obert. El fluid de treball en forma d’hidrogen líquid s’havia d’escalfar des del reactor i expulsar-lo a través del broc, creant empenta. Un motor nuclear d’aquest tipus era superior en el rendiment del disseny als sistemes tradicionals de combustible químic, tot i que era més perillós en funcionament.
El projecte NERVA es va posar a prova de diversos components i de tot el muntatge. Durant les proves, el motor es va engegar 28 vegades i va funcionar durant gairebé 2 hores. Es van confirmar les característiques; no hi va haver problemes significatius. No obstant això, el projecte no va rebre més desenvolupament. Al tombant dels anys seixanta i setanta, el programa espacial americà es va reduir greument i es va abandonar el motor NERVA.
En el mateix període, es van dur a terme treballs similars a l’URSS. Un projecte prometedor va proposar l’ús d’un motor amb un reactor que escalfa el fluid de treball en forma d’hidrogen líquid. A principis dels anys seixanta, es va crear un reactor per a aquest motor i, posteriorment, es van començar a treballar a la resta d'unitats. Durant molt de temps, van continuar les proves i el desenvolupament de diversos dispositius.
Als anys setanta, el motor acabat RD-0410 va passar una sèrie de proves de tret i va confirmar les principals característiques. Tot i això, el projecte no va rebre més desenvolupament a causa de l’elevada complexitat i riscos. La indústria espacial i de coets nacionals va continuar utilitzant motors "químics".
Remolcadors espacials
En el transcurs d’altres treballs de recerca i disseny als Estats Units i al nostre país, van arribar a la conclusió que no és convenient utilitzar motors del tipus NERVA o RD-0410. El 2003, la NASA va començar a provar una arquitectura fonamentalment nova per a una nau espacial amb una central nuclear. El projecte es va batejar amb el nom de Prometeu.
El nou concepte proposava la construcció d’una nau espacial amb un reactor de ple dret a bord, que proporcionés electricitat, així com un motor de reacció iònica. Aquest aparell podria trobar aplicació en missions de recerca de llarga distància. No obstant això, el desenvolupament de "Prometeu" va resultar ser prohibitivament car i els resultats només s'esperaven en un futur llunyà. El 2005, el projecte es va tancar per falta de perspectives.
El 2009 es va iniciar el desenvolupament d’un producte similar a Rússia. El "mòdul de transport i energia" (TEM) o "remolcador espacial" és rebre una central nuclear d'una classe de megawatts juntament amb un motor iònic ID-500. Es proposa que la nau espacial s’assemble en òrbita terrestre i s’utilitzi per al transport de diverses càrregues, l’acceleració d’altres naus espacials, etc.
El projecte TEM és altament complex, la qual cosa afecta el seu cost i temps. A més, hi va haver nombrosos problemes organitzatius. No obstant això, a mitjan dècimes, es van treure components individuals del TEM per provar-los. El treball continua i, en el futur, pot conduir a l’aparició d’un autèntic “remolcador espacial”. La construcció d’aquest aparell està prevista per a la segona meitat dels anys vint; posada en servei: el 2030
En absència de greus dificultats i el compliment oportú de tots els plans, el TEM es pot convertir en el primer producte del món de la seva categoria posat en servei. Al mateix temps, hi ha un cert marge de temps, tot excloent la possibilitat de l’aparició oportuna dels competidors.
Perspectives i limitacions
Les tecnologies nuclears tenen un gran interès per a la indústria espacial i de coets. En primer lloc, les centrals elèctriques de diferents classes poden ser útils. Els RTG ja han trobat aplicació i estan fermament arrelats en algunes àrees. Els reactors nuclears de ple dret encara no s’utilitzen a causa de les seves grans dimensions i massa, però ja hi ha desenvolupaments en els vaixells amb aquest equipament.
Durant diverses dècades, les principals potències nuclears i espacials han elaborat i provat a la pràctica diverses idees originals, han determinat la seva viabilitat i han trobat les principals àrees d’aplicació. Aquests processos continuen fins als nostres dies i, probablement, aviat donaran nous resultats de caràcter pràctic.
Cal assenyalar que les tecnologies nuclears no s’han generalitzat al sector espacial i és poc probable que aquesta situació canviï. Al mateix temps, resulten útils i prometedors en determinats àmbits i projectes. I és en aquests nínxols que ja es realitza el potencial disponible.
