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El cohete nuclear del Proyecto Orion podría llegar a Saturno
El Proyecto Orion prometía misiones reutilizables a Marte y a los planetas exteriores usando miles de explosiones nucleares, pero sus riesgos de caída radiactiva y de proliferación de armas eran inmen
Imagen: Hacker News
“Mi propósito y mi convicción es que las bombas que mataron y mutilaron en Hiroshima y Nagasaki algún día abrirán los cielos al hombre.”
Un cohete de pulso nuclear suena como la respuesta de un niño al problema de llegar a Júpiter: expulsar una corriente continua de bombas nucleares—aproximadamente una por segundo—por la parte trasera de la nave y luego surfear las olas de explosión resultantes sobre un gigantesco amortiguador. Para desacelerar, gira el vehículo y detona bombas en dirección frontal.
El rendimiento del concepto es extraordinario. Los cohetes químicos como el Saturn V y el Starship proporcionan suficiente empuje para salir de la Tierra pero son muy ineficientes. Los motores iónicos son eficientes pero producen solo unas pocas onzas de empuje. La propulsión por pulso nuclear ocupa el vacío intermedio: el combustible nuclear aporta una enorme densidad energética, mientras que el empuje está limitado principalmente por la aceleración que la nave puede soportar.
La relación de masas del Apolo era de aproximadamente 540:1. Un cohete de pulso nuclear podría acercarse a 1.5, según los diseños tratados aquí. Eso permitiría despegar desde la Tierra, llevar 4,000 toneladas de científicos y equipos a Marte, regresar intacto y repostar para otra misión.
Misiones propuestas de Orion
El presupuesto de masa eclipsaría la infraestructura orbital actual. La Estación Espacial Internacional pesa alrededor de 400 toneladas, mientras que la propulsión por pulso nuclear podría teóricamente soportar misiones como:
- Aterrizaje suave de 5,700 toneladas en la Luna, en comparación con 17 toneladas del Apolo.
- Aterrizar una carga de 1,300 toneladas en Encélado y devolverla a la Tierra en un viaje de ida y vuelta de tres años.
- Enviar una tripulación de 20 a Calisto o Europa y volver en dos años, con el blindaje suficiente para hacer Europa habitable.
- Enviar 50 personas en un viaje de ida y vuelta a Marte de 200 días, incluida una estancia en la superficie de 30 días.
- Enviar 10,000 toneladas a órbita terrestre media.
Un diseño temprano de 1958 imaginaba llevar 20 personas a Encélado y devolverlas en tres años—aproximadamente la duración de una misión convencional a Marte—y hacerlo en un vehículo totalmente reutilizable lanzado una sola vez desde la Tierra. Un vehículo práctico pesaría alrededor de 4,000 toneladas, más o menos el tamaño de un edificio de apartamentos. Versiones más grandes podrían alcanzar la escala de un crucero o una ciudad.
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Cómo funciona el motor de pulso nuclear
La idea comenzó con el matemático Stanisław Ulam, quien bosquejó una nave propulsada por pequeñas explosiones nucleares mientras trabajaba en Los Álamos en la década de 1940. Freeman Dyson y Ted Taylor desarrollaron posteriormente el concepto en General Atomic, consiguiendo financiación modesta tras el pánico por el Sputnik de 1957.
El Proyecto Orion construyó y voló un pequeño vehículo de prueba conceptual usando explosivos convencionales en 1959. El programa estuvo a punto de realizar una prueba atómica real antes de que la financiación terminara en 1964.
La nave propuesta usaba una amplia y plana placa empujadora de metal conectada al cuerpo principal por grandes amortiguadores. Cada ciclo de propulsión funcionaría de la siguiente manera:
- Una bomba nuclear de 0.1–3 kilotones detona a unos 100 metros detrás de la placa.
- La explosión vaporiza un disco de propulsor—posiblemente hielo, metal o residuos almacenados—y empuja el plasma hacia la placa.
- El plasma golpea la placa, produciendo un impulso similar al de un cañón.
- Una fina capa de aceite se abla desde la placa, protegiéndola del calor.
- Los amortiguadores estiran el impacto hasta una aceleración tolerable para humanos de 2–4 g.
- La placa se recubre de aceite y vuelve a su posición antes de que llegue la siguiente bomba.
Las bombas detonarían una o dos veces por segundo, añadiendo alrededor de 20 millas por hora a la velocidad de la nave cada vez. Serían necesarias aproximadamente 200 bombas para escapar de la atmósfera, seguidas de otras 600 para alcanzar una órbita circular terrestre de 300 millas. Un viaje de ida y vuelta a Marte podría requerir unas 2,000 detonaciones, mientras que la placa estaría en contacto con plasma sobrecalentado menos de un segundo en cada ciclo.
Los modos de fallo y el problema de la caída radiactiva
Los desafíos de ingeniería de Orion iban mucho más allá de las explosiones. Un fallo (dud) podría dejar la placa empujadora rebotando y alejándose de la nave, lo que requeriría un sistema para detener su momento y una carga especial a medias para devolverla a una posición neutra. Un fizzle, en el que los explosivos químicos se disparan sin detonar el núcleo nuclear, podría ser peor: la placa está diseñada para una onda de plasma uniforme, no para metralla de alta velocidad.
El suministro de las bombas era otro problema importante. Cada dispositivo podría pesar varios cientos de libras y debía llegar a un punto a unos pocos cientos de metros detrás de la nave con una temporización precisa. Las soluciones propuestas incluían tubos de lanzamiento inclinados y cohetes que se curvaban alrededor de la placa empujadora antes de detonar entre haces de radar cruzados. Orion incluso consultó a Coca-Cola sobre mecanismos de dispensado, ya que las máquinas expendedoras ya habían resuelto el problema de entregar contenedores idénticos de forma fiable desde un estante.
La informática y la navegación también eran factores limitantes. Los diseños iniciales pedían tripulaciones de 20–40 en parte porque los astronautas tendrían que pilotar con papel cuadriculado y sextantes. Los ingenieros también tenían que secuenciar bombas con los rendimientos correctos durante el lanzamiento. La turbulencia del plasma alrededor de la placa empujadora era otra incógnita que las pruebas atómicas habrían necesitado responder en 1959, aunque hoy los ordenadores podrían simularla.
Lanzar a Orion requeriría docenas de cohetes convencionales a menos que se lanzara desde tierra usando explosiones nucleares. Incluso en órbita, los productos de fisión podrían quedar atrapados en el campo magnético de la Tierra y regresar con el tiempo. Las aproximadamente 200 explosiones necesarias para alcanzar la órbita producirían una caída radiactiva equivalente a una detonación aérea de 10 megatones.
El vehículo también pondría uno de los arsenales nucleares más grandes de la Tierra bajo el control del piloto. Un fallo de guiado, una bomba desviada, un accidente de lanzamiento o un disparo fallido podrían esparcir plutonio y dejar un arma nuclear casi operativa en algún punto a lo largo de la trayectoria de vuelo. Sitios de lanzamiento remotos en el Pacífico podrían reducir algunos riesgos, pero no el problema de la caída radiactiva—ni el peligro de proliferación que entraña fabricar miles de cargas nucleares compactas y de baja potencia.
Frontier Editor
Dan is our resident futurist, covering electric mobility, space exploration, and the smart home. He's interested in atoms just as much as bits. Whether it's a new battery chemistry, a reusable rocket, or a protocol that finally makes IoT devices talk to each other, Dan breaks down the engineering that pushes humanity forward.
vía Hacker News
