Cohete nuclear bimodal: la NASA apunta a 335 días a Marte

La mayor amenaza para cualquier expedición tripulada a Marte es el tiempo. El plano más corto de la NASA para enviar personas al planeta rojo y traerlas de vuelta exige pasar 620 días en el espacio y 30 días en Marte. Incluso dejando de lado el desafío acumulativo de construir sistemas de soporte vital capaces de operar sin reabastecimiento durante todo ese lapso, o el hecho de que los viajes más largos dejan más tiempo para accidentes, la vida en microgravedad y la radiación solar y cósmica cobran inevitablemente su cuota sobre los cuerpos humanos.

La propuesta busca reducir drásticamente ese período, hasta 335 días de tránsito o menos. Eso simplificaría muchos desafíos de ingeniería y mantendría a los astronautas más sanos y seguros. Sus autores sostienen que la clave está en un nuevo enfoque para construir uno de los santos griales de la exploración espacial: el cohete nuclear bimodal.

La propuesta viene firmada por Kurt Polzin, ingeniero jefe del proyecto de propulsión nuclear espacial de la NASA en el Marshall Space Flight Center, con más de dos décadas de experiencia en investigación de propulsión avanzada, y por Robert Schleicher, ingeniero jefe de tecnologías y materiales nucleares en General Atomics.

¿Por qué un reactor supera a la química?

La mayoría de los cohetes son cohetes térmicos: funcionan expulsando gases calientes por una tobera, lo que empuja al vehículo hacia adelante. En términos generales, mientras más calientes y rápidos sean los gases de escape, mayor será la aceleración obtenida por cada unidad de masa de propelente. Y como una molécula más pequeña se mueve más rápido que una grande al calentarse a una temperatura dada, conviene que la masa molecular del propelente sea lo menor posible. Por convención, la eficiencia de un motor cohete se mide por cuánto tiempo puede ejercer un empuje igual al peso inicial de su propelente, una magnitud conocida como impulso específico.

En un cohete térmico convencional, como los usados en cada lanzamiento a órbita desde el Sputnik, la temperatura y velocidad del escape, y por lo tanto el impulso específico, quedan dictadas por la energía que libera una reacción química y por la masa del subproducto. Los cohetes químicos más eficientes de hoy queman hidrógeno con oxígeno, producen agua y alcanzan un impulso específico que llega como techo a unos 450 segundos.

Un cohete nuclear no está limitado por la química. El corazón de un cohete nuclear térmico es un reactor de fisión, donde las reacciones en cadena en el combustible de uranio liberan mucha más energía por kilogramo de lo que permite la combustión química. Una turbobomba fuerza hidrógeno líquido, con su muy baja masa molecular, a través del núcleo del reactor, lo calienta a temperaturas de al menos 2.700 kelvin y luego lo expulsa, con un impulso específico resultante de 900 segundos o más.

Una tecnología que ya se probó y se archivó

En las décadas de 1950 y 1960, los programas Rover y NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications) hicieron pruebas en tierra de cohetes nucleares térmicos. A comienzos de los años setenta la tecnología había madurado hasta el punto en que se planificaban ensayos de vuelo. Pero los vientos políticos y presupuestarios cambiaron y el desarrollo nuclear térmico se cerró en 1973.

La otra rama de la propulsión nuclear que ha mostrado un potencial considerable es la propulsión nuclear eléctrica. En la propulsión eléctrica, en lugar de generar un chorro de escape caliente mediante reacciones químicas o por exposición al núcleo de un reactor, se genera electricidad y se la usa para crear campos electromagnéticos que aceleran un propelente ionizado, como xenón o litio.

Existen varios esquemas para hacerlo, incluidos algunos que ya acumulan tiempo considerable en el espacio, como los propulsores iónicos usados en la misión Dawn al cinturón de asteroides, lanzada en 2007. Hasta ahora esos propulsores eléctricos solo han sido alimentados por paneles solares. Con un reactor nuclear como parte de la planta de energía se podría producir más empuje. Y salir de la dependencia solar resulta especialmente importante en misiones al sistema solar exterior, donde los escasos fotones obligarían a desplegar arreglos solares enormes.

El programa SNAP (System for Nuclear Auxiliary Power) lanzó el SNAP-10A en 1965 como prueba de concepto: el primero, y hasta ahora único, reactor nuclear de potencia estadounidense en el espacio. Generó unos 600 vatios de potencia eléctrica durante 43 días antes de apagarse, y sigue en órbita. Iniciativas posteriores como SP-100, Project Timberwind y Project Prometheus, junto a proyectos más recientes como DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) y JETSON (Joint Emergent Technology Supplying On-Orbit Nuclear), aparecieron de forma esporádica a lo largo de los años. Ninguna llegó a volar.

¿Qué cambió en 2026?

La energía nuclear espacial recibió un impulso considerable en marzo de 2026, cuando el administrador de la NASA, Jared Isaacman, anunció una nueva iniciativa de exploración espacial. Como parte de ese plan, la agencia proyecta lanzar el Space Reactor-1 Freedom (SR-1) para llevar un trío de helicópteros robóticos de reconocimiento a Marte.

Impulsado por propulsión nuclear eléctrica, el SR-1 busca demostrar tecnología de fisión en el espacio profundo y sería la primera nave interplanetaria de propulsión nuclear, con 20 kilovatios de potencia eléctrica a bordo.

Ese mismo plan, sin embargo, deja a la vista una limitación conocida de la propulsión nuclear eléctrica. Incluso con mejor aceleración, la propulsión eléctrica no logra generar las ráfagas potentes de empuje necesarias para escapar de pozos gravitacionales, como los de la Tierra o Marte, ni para ejecutar maniobras críticas en tiempo, como las correcciones de rumbo. Los motores nucleares térmicos, en cambio, son excelentes entregando empuje alto en momentos decisivos, aunque resultan menos eficientes y no pueden suministrar energía eléctrica a los sistemas de la nave.

¿Qué es un cohete nuclear bimodal?

Algunos ingenieros propondrían construir dos sistemas separados: un reactor para propulsión térmica y otro para potencia y propulsión eléctrica. Pero desde al menos los años noventa, muchos ingenieros sueñan con combinar lo nuclear térmico y lo nuclear eléctrico en un solo paquete, con un único reactor. Ese es el cohete nuclear bimodal.

La mayoría de las propuestas bimodales previas dependen de arreglos complejos de válvulas para integrar los sistemas de propulsión y de potencia. En modo de propulsión térmica, el reactor se lleva a su actividad máxima mediante un conjunto de tambores de control que rodean el núcleo, compuesto por una matriz de elementos largos de combustible de uranio.

Esos tambores tienen forma de cilindros largos de berilio, con un segmento de 120 grados de cada cilindro cubierto de carburo de boro. El boro absorbe neutrones: cuando ese segmento mira hacia el reactor, la actividad es baja porque los neutrones que escapan del núcleo quedan capturados. Al rotar el segmento de boro para que quede de espaldas al núcleo, dejando expuesto solo el berilio, la actividad nuclear aumenta, porque el berilio refleja los neutrones que escapan de vuelta hacia los elementos de combustible, donde pueden alimentar las reacciones en cadena.

Una vez que el reactor genera grandes cantidades de calor, se bombea hidrógeno líquido por canales que recorren el largo del núcleo. Convertido en un gas caliente en expansión, el hidrógeno sale disparado por el otro extremo para formar el potente escape del cohete.

En modo de potencia nuclear, la actividad del reactor se amortigua. Las válvulas sellan los canales y un fluido de conversión de potencia, típicamente una mezcla de helio y xenón, circula por el reactor en un circuito cerrado. El reactor sigue lo bastante caliente como para calentar ese fluido, que a su vez mueve una turbina.

La variante que proponen Polzin y Schleicher, el cohete nuclear bimodal sincronal, apunta precisamente a resolver esa integración con dos circuitos de fluido independientes sobre un mismo reactor, en lugar de los arreglos de válvulas que complicaban a los diseños anteriores. Conviene subrayar que se trata de una propuesta de diseño: ninguno de los programas nucleares espaciales estadounidenses mencionados llegó jamás a una prueba de vuelo.