La perseverancia Mars Rover de la NASA utilizará energía nuclear para mantenerse caliente




El rover Perseverance Mars de la NASA que muestra dónde se insertaría su MMRTG, entre los paneles a la derecha marcados con un tubo de oro, antes de que se insertara el sistema de energía.
(Imagen: © NASA / JPL-Caltech)


Una nave espacial es tan fuerte como su fuente de energía, por lo que cuando la NASA estaba diseñando su rover Perseverance Mars , la agencia recurrió al plutonio radiactivo.

El plutonio que estalló en el planeta esta mañana (30 de julio) no está en la misma forma que se usa para las armas, y está bien protegido en caso de que algo salga mal durante el lanzamiento. Pero estas unidades de plutonio son una fuente de energía respetada para las naves espaciales: el rover Curiosity de la NASA se ejecuta en un dispositivo similar.

"A la NASA le gusta explorar, y tenemos que explorar en lugares muy distantes, lugares polvorientos, lugares oscuros y ambientes hostiles", dijo June Zakrajsek, experta en combustible nuclear del Centro de Investigación Glenn de la NASA en Ohio, en un Departamento de Energía (DOE ) podcast sobre la misión Perseverance. "Cuando estamos en ese tipo de entornos, la energía solar a veces no proporciona la energía que necesitamos. La luz simplemente no llega a esos lugares como la necesitaríamos".

Algunas misiones de la NASA a Marte se han ejecutado con energía solar, por supuesto: el módulo de aterrizaje InSight que actualmente opera en el planeta rojo tiene paneles solares, al igual que los rovers gemelos Spirit y Opportunity a principios de este siglo. Pero Opportunity es una mascota para las debilidades de la energía solar en Marte, ya que el fin del rover llegó cuando una tormenta de polvo global masiva le impidió aprovechar la luz del sol. Ejecute un rover en energía nuclear y no tiene que preocuparse por ese escenario.

Entonces, para el rover Perseverance, la NASA recurrió al plutonio en un sistema llamado Generador termoeléctrico de radioisótopos multimisión (MMRTG), que debería poder alimentar la nave espacial durante aproximadamente 14 años.

"No tiene cables de extensión, no puede quedarse sin un reparador", dijo Bob Wham, experto en combustible nuclear del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en el mismo podcast. "Tienes que ser totalmente confiable".

Al igual que el resto del rover Perseverance, el MMRTG se basa en gran medida en el rover Curiosity , que se lanzó en 2011, aterrizó en el Planeta Rojo en 2012 y ha estado avanzando constantemente desde entonces. El MMRTG de Perseverance ha estado en proceso durante siete años, casi tanto tiempo como su predecesor ha estado impulsando Curiosity, y tiene un precio de $ 75 millones, según el DOE.

(Las fuentes de energía nuclear de otras variedades también han viajado al espacio profundo en misiones como las sondas gemelas Voyager de cuarenta años y la nave espacial Cassini que se zambulló a través de los anillos de Saturno).

Una unidad de simulador MMRTG utilizada durante los preparativos para el lanzamiento de Perseverance, como se vio en febrero de 2019. (Crédito de la imagen: NASA / Frank Michaux)

El MMRTG de Perseverance está diseñado para producir 110 vatios de potencia, casi lo mismo que utiliza una bombilla. El plutonio se descompondrá, emitiendo calor que un generador convierte en energía para alimentar todos los instrumentos del rover, además de producir suficiente calor para proteger la nave espacial de las noches heladas y los inviernos en Marte .

El plutonio comenzó como un elemento completamente diferente, el neptunio, que los científicos irradiaron con neutrones en un reactor nuclear durante casi dos meses para convertirlo en la forma de plutonio necesaria para el MMRTG. El plutonio se combina con cerámica, lo que hace un compuesto más seguro que el que se usa en las armas.

Sin embargo, poner una fuente de energía nuclear en la punta de un cohete aún genera algunas medidas de precaución. Lo más importante, cada gránulo de plutonio está encerrado en iridio, que contendría el material radiactivo si volviera a caer a la Tierra. Según la NASA y el DOE , eso sucedió con las fuentes de energía nuclear con destino al espacio en tres ocasiones, ninguna de las cuales causó daños, y una de las fuentes de energía incluso fue sacada del océano para su uso posterior en otra misión.

La NASA refuerza los equipos de control de la misión para tales lanzamientos con personal adicional para coordinar cualquier respuesta necesaria al aspecto nuclear de la misión. Para el lanzamiento de Perseverance, el gobierno modeló una gran cantidad de cosas que podrían salir mal el día del lanzamiento, cubriendo todo, desde un problema antes del despegue que tendría un impacto geográfico relativamente compacto hasta un problema en la órbita de la Tierra que impide que la nave espacial se vaya a Marte.

Ambos escenarios tenían una probabilidad inferior al 0.1%, según los modelos del gobierno, y si hubiera ocurrido un problema durante el lanzamiento, esos cálculos sugirieron que incluso la exposición a la radiación más concentrada habría sido equivalente a aproximadamente ocho meses de radiación de fondo experimentada por las personas viviendo en los Estados Unidos

Y así, Perseverance se cargó con un MMRTG que contenía 32 grumos de combustible plateados y calientes, antes de despegar hacia el Planeta Rojo.

A diferencia del plutonio de Curiosity, parte de eso a bordo de Perseverance es relativamente fresco y de fabricación estadounidense. La forma de plutonio utilizada en estas misiones comenzó como un subproducto de los procesos de producción de armas nucleares, según informó Slate después del aterrizaje de Curiosity, y el gobierno de EE. UU. Dejó de crear su propio suministro de este plutonio en la década de 1980, después de haber decidido que podía acceder lo suficiente para sus necesidades

Pero últimamente, la NASA se ha quedado atascada en el racionamiento de las fuentes de energía, razón por la cual el DOE decidió en 2015 volver al negocio de la fabricación de plutonio , hasta 14 onzas (400 gramos) cada año en este momento, con el objetivo de poder para hacer 3.3 lbs. (1,5 kilogramos) cada año para 2026, según el DOE.

En cuanto a dónde irá ese plutonio, una futura misión nuclear de la NASA ya está en proceso. La misión Dragonfly de la agencia , un dron con destino a la extraña luna grande de Saturno, Titán, será impulsado por un MMRTG. Esa nave espacial está programada para lanzarse en 2026.

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