Algunas de las mentes más brillantes del mundo han soñado con
lograr la fusión nuclear durante décadas. Es sencillo ver por qué: replicar el funcionamiento interno de las estrellas aquí en la Tierra significaría obtener energía limpia prácticamente ilimitada.
A pesar de una larga historia de intentos y varios avances, el sueño aún no se ha convertido en realidad, y es probable que estemos a muchos años de ver una planta de energía de fusión en cualquier parte del planeta.
Llevar a cabo el proceso en el espacio puede sonar como que se le está agregando un nivel adicional de complejidad a una tecnología ya compleja, pero teóricamente podría suceder antes que en la Tierra. Y podría ayudar a las naves espaciales a alcanzar velocidades de hasta 500.000 millas (805.000 kilómetros) por hora, más rápido que el objeto más veloz jamás construido, la sonda solar Parker de la NASA, que alcanzó un máximo de 430.000 millas (692.000 kilómetros) por hora.
Con financiamiento de la Agencia Espacial del Reino Unido, la startup británica Pulsar Fusion ha presentado Sunbird, un concepto de cohete espacial diseñado para encontrarse con naves espaciales en órbita, adherirse a ellas y llevarlas a su destino a una velocidad
vertiginosa utilizando la fusión nuclear.
“Es muy antinatural generar la reacción nuclear que produce la fusión en la Tierra”, dice Richard Dinan, fundador y CEO de Pulsar. “La fusión no quiere generarse en una atmósfera. El espacio es un lugar mucho más lógico y sensato para hacerlo, porque ahí es donde quiere generarse de todos modos”.
Por ahora, Sunbird se encuentra en las primeras etapas de construcción y tiene desafíos de ingeniería excepcionales que superar, pero Pulsar dice que espera lograr la fusión en órbita por primera vez en 2027. Si el cohete alguna vez entra en funcionamiento, algún día podría reducir a la mitad el tiempo de viaje de una posible misión a Marte.
Solo gramos de combustible
La fusión nuclear es diferente de la fisión nuclear, que es lo que alimenta las centrales nucleares actuales. La fisión funciona dividiendo elementos pesados y radiactivos como el uranio convirtiéndolos en otros más ligeros, utilizando neutrones. La gran cantidad de energía liberada en este proceso se utiliza para producir electricidad.
La fusión hace lo contrario: combina elementos muy ligeros como el hidrógeno y los convierte en otros más pesados, utilizando alta temperatura y presión. “El sol y las estrellas son reactores de fusión”, dice Dinan. “Son cocinas de elementos, que “cocinan” el hidrógeno y lo transforman en helio, y luego, a medida que mueren, crean los elementos pesados que componen todo. En última instancia, el universo es principalmente hidrógeno y helio, y todo lo demás se “cocinó” en una estrella por fusión”.
Se desea utilizar la fusión porque libera cuatro veces más energía que la fisión y cuatro millones de veces más energía que los combustibles fósiles. Pero a diferencia de la fisión, la fusión no requiere materiales radiactivos peligrosos, sino que los reactores de fusión usarían deuterio y tritio, átomos pesados del hidrógeno que poseen neutrones adicionales. Trabajarían con cantidades mínimas de combustible y no producirían residuos peligrosos.
Sin embargo, la fusión requiere mucha energía para comenzar, porque se deben crear condiciones similares al núcleo de una estrella: temperatura y presión extremadamente altas, junto con un confinamiento efectivo para mantener la reacción. El desafío en la Tierra ha sido crear más energía en la fusión que la que es necesaria para generarla al principio, hasta ahora apenas hemos alcanzado el punto de equilibrio.
Pero si la generación de energía no es el objetivo, las cosas se vuelven menos complicadas, dice Dinan, el objetivo es uno, es más simple, crear una velocidad en el escape más rápida.
Las reacciones que alimentan la fusión nuclear tienen lugar dentro de un plasma, un gas caliente cargado eléctricamente. Al igual que los reactores propuestos en la Tierra, Sunbird usaría imanes fuertes para calentar un plasma y crear las condiciones para que el combustible, que sería de apenas unos gramos, se mezcle y se fusione. Pero mientras que en la Tierra los reactores son circulares, para evitar que las partículas se liberen, en Sunbird serían lineales, porque las partículas que escapan impulsarían la nave espacial.
Por último, no produciría neutrones a partir de la reacción de fusión, que los reactores de la Tierra utilizan para generar calor; en su lugar, Sunbird utilizaría un tipo de combustible más costoso llamado helio-3 para producir protones, que pueden utilizarse como “escape nuclear” para proporcionar propulsión.
El proceso del Sunbird sería caro e inadecuado para la producción de energía en la Tierra, dice Dinan, pero debido a que el objetivo no es producir energía; el proceso puede ser ineficiente y costoso, pero aun así ser valioso porque ahorraría costos de combustible, reduciría el peso de la nave espacial y la llevaría a su destino mucho más rápido.
Reducción de los tiempos de viaje
Los Sunbirds funcionarían de manera similar a las bicicletas urbanas en las estaciones de acoplamiento, según Dinan: “Los lanzaremos al espacio, y tendremos una estación de carga donde podrían esperar y luego encontrarse con una nave”, dice. “Apagas tus motores de combustión ineficientes y utilizas la fusión nuclear durante la mayor parte de tu viaje. Lo ideal sería tener una estación en algún lugar cerca de Marte, y otra estación en la órbita terrestre baja, y los (Sunbirds) simplemente irían de un lado a otro”.
Este año, algunos componentes se pondrán en órbita para una demostración. “Básicamente, son placas de circuitos que se lanzaran para someterse a pruebas, para comprobar que funcionan. No es muy emocionante, porque no hay fusión, pero tenemos que hacerlo”, dice Dinan. “Luego, en 2027, vamos a enviar una pequeña parte de Sunbird a órbita, solo para verificar que los cálculos de física está funcionando como la computadora supone que está funcionando. Esa es nuestra primera demostración en órbita, donde esperamos generar la fusión en el espacio. Y esperamos que Pulsar sea la primera compañía en lograrlo”.
Ese prototipo costará alrededor de US$ 70 millones, según Dinan, y no será un Sunbird completo, sino más bien un “experimento de fusión lineal” para probar el concepto. El primer Sunbird funcional estará listo cuatro o cinco años después, dice, siempre que se asegure la financiación necesaria.
Inicialmente, los Sunbirds se ofrecerán para transportar satélites a su órbita, pero su verdadero potencial entraría en juego en las misiones interplanetarias. La compañía ilustra algunos ejemplos de las misiones que Sunbird podría desempeñar, como la entrega de hasta 2.000 kilogramos (4.400 libras) de carga a Marte en menos de seis meses, el despliegue de sondas a Júpiter o Saturno en dos a cuatro años (el Europa Clipper de la NASA, lanzado en 2024 hacia una de las lunas de Júpiter, llegará después de 5 años y medio), y una misión de minería de asteroides que completaría un viaje de ida y vuelta a un asteroide cercano a la Tierra en uno o dos años en lugar de tres.
Otras empresas están trabajando en motores de fusión nuclear para la propulsión espacial, como Helicity Space, con sede en Pasadena, que recibió una inversión del gigante aeroespacial Lockheed Martin en 2024. General Atomics, con sede en San Diego, y la NASA están trabajando en otro tipo de reactor nuclear, basado en la fisión en lugar de la fusión, que planean probar en el espacio en 2027. También está pensado como un sistema de propulsión más eficiente para una misión tripulada a Marte en comparación
con las opciones actuales.
Según Aaron Knoll, profesor titular en el campo de la propulsión de plasma para naves espaciales en el Imperial College de Londres, que no está involucrado con Pulsar Fusion, existe un enorme potencial para aprovechar la energía de fusión para la propulsión de naves espaciales. “Si bien todavía estamos a algunos años de lograr hacer de la energía de fusión una tecnología viable para la generación de energía en la Tierra, no necesitamos esperar para comenzar a usar esta fuente de energía para la propulsión de naves espaciales”, dice.
El motivo, añade, es que, para generar energía en la Tierra, la cantidad de energía producida debe ser mayor que energía de entrada necesaria para producirla. Pero cuando se utiliza la energía de fusión en una nave espacial para generar empuje, cualquier energía que se genere es útil, incluso si es menor que la energía que se suministra. Toda esa energía combinada, proveniente de la fuente de alimentación externa y las reacciones de fusión juntas, actuarán para aumentar el empuje y la eficiencia del sistema de propulsión.
Sin embargo, añade, existen importantes obstáculos técnicos para hacer realidad la tecnología de fusión en el espacio. “Los diseños actuales de reactores de fusión en la Tierra son sistemas grandes y pesados, que requieren una infraestructura de equipos de apoyo, como almacenamiento de energía, fuentes de alimentación, sistemas de suministro de gas, imanes y equipos de bombeo de vacío”, dice. “Volver estos sistemas más pequeños y livianos es un desafío de ingeniería considerable”.
Bhuvana Srinivasan, profesora de Aeronáutica y Astronáutica en la Universidad de Washington, que tampoco está involucrada con Pulsar, está de acuerdo en que la propulsión por fusión nuclear es un sistema muy prometedor para los vuelos espaciales: “Sería extremadamente beneficioso incluso para un viaje a la Luna, porque podría proporcionar los medios para desplegar una base lunar completa con tripulación en una sola misión. Si tiene éxito, superaría a las tecnologías de propulsión existentes no solo de manera incremental, sino drásticamente”, dice. Sin embargo, ella también señala las dificultades para que sea compacto y liviano, un desafío de ingeniería adicional que es de menor consideración para generar energía en la Tierra.
Al liberar el potencial de la utilización de la propulsión por fusión, según Srinivasan, no solo permitirá al hombre viajar más lejos en el espacio, sino que cambiaría las reglas del juego para las misiones no tripuladas, por ejemplo, misiones para obtener recursos como el helio-3, un combustible de fusión que es raro encontrar en la Tierra y debe crearse de manera artificial, pero que puede ser abundante en la Luna: “Si pudiéramos construir una base lunar que podría ser un punto de lanzamiento para la exploración del espacio
interplanetario, y así tener acceso a una reserva potencial de helio-3, podría
ser de un valor incalculable”, dice.
“La exploración de planetas, lunas y sistemas solares más lejanos es fundamental para nuestra naturaleza curiosa y exploratoria como humanos, al tiempo que también puede generar un beneficio financiero y social considerable, de maneras que aún no sabemos”.
Con información de CNN
