Propulsió per fusió
Una eixida de propulsió per fusió nuclear és un disseny teòric d'eixides impulsats per propulsió de fusió, que podria proporcionar una acceleració eficient i sostinguda en l'espai sense la necessitat de transportar una gran cantitat de combustible. Este disseny requerix tecnologia d'energia de fusió que va més allà de les capacitats actuals, aixina com eixides molt més grans i complexos.
La propulsió nuclear de polsos de fusió és un enfocament per a utilisar l'energia de la fusió nuclear com a mig de propulsió.[1]
La principal ventaja d'esta fusió és el seu gran impuls específic, mentres que la seua principal desventaja és la (provable) gran massa del reactor. Una eixida de fusió podria generar menys radiació que una eixida de fissió, lo que reduiria la cantitat de massa necessària per al blindage. La forma més senzilla de construir una eixida de fusió seria utilisant bombes d'hidrogen, com es va propondre en el Proyecte Orión. No obstant, una nau d'este tipo seria massiva, i el Tractat de Prohibició Parcial d'Ensajos Nuclears prohibix l'us d'estes bombes. Per esta raó, les eixides basades en bombes provablement estarien llimitats a operar únicament en l'espai. Un enfocament alternatiu utilisa propulsió elèctrica (per eixemple, propulsors iònics) alimentada per energia generada a partir de la fusió en lloc de produir espente directe.
Generació d'electricitat front a espente directe
[editar | editar còdic]Els métodos de propulsió espacial, com els propulsors iònics, requerixen energia elèctrica per a funcionar, pero són altament eficients. En alguns casos, el seu espente està llimitat per la cantitat d'energia que pot generar-se (per eixemple, en un accelerador de massa). Un generador elèctric que funcione en energia de fusió podria impulsar este tipo de nau. Una desventaja és que la producció convencional d'electricitat requerix un sumidero d'energia a baixa temperatura, la qual cosa és difícil (és dir, pesat) en una nau espacial. La conversió directa de l'energia cinètica dels productes de la fusió en electricitat pot mitigar este problema.[2]
Una atra possibilitat és dirigir els gasos d'escape de la fusió cap a la part atrassera de l'eixida per a generar espente, sense necessitat de produir electricitat de manera intermija. Açò seria més fàcil en alguns esquemes de confinament (per eixemple, espills magnètics) que en uns atres (com els tokamaks). També resulta més interessant per a «combustibles alvançats» (vore fusió aneutrónica). La propulsió per heli-3 utilisaria la fusió d'àtoms d'heli-3 com a font d'energia. L'heli-3, un isòtop de l'heli en dos protones i un neutró, podria fusionar-se en deuteri en un reactor. L'energia lliberada resultant podria expulsar un propulsor cap a la part atrassera de la nau espacial.[3]
L'heli-3 es propon com una font d'energia per a naus espacials principalment per la seua abundància llunar. Els científics estimen que hi ha un milló de tonellades d'heli-3 accessible en la lluna.[4] No obstant, solament el 20% de l'energia produïda per la reacció D-T (deuteri-triti) podria usar-se d'esta manera; l'atre 80% es llibera en forma de neutrons que, al no poder ser dirigits per camps magnètics ni parets sòlides, serien difícils d'orientar cap a l'espente i podrien requerir blindage adicional. L'heli-3 es produïx per mig de la desintegració beta del triti, que pot obtindre's a partir de deuteri, liti o bor.[5]
Alternatives de confinament
[editar | editar còdic]Magnètic
[editar | editar còdic]Per a mantindre una reacció de fusió, el plasma deu ser confinat. La configuració més estudiada per a la fusió terrestre és el tokamak, una forma de confinament magnètic de plasma. En 2001, el Centre d'Investigació Glenn de la NASA va propondre un reactor de bou esfèric de chicotet radi per al seu disseny conceptual de vehícul «Discovery II». Este vehícul seria capaç d'entregar una càrrega útil tripulada de 172 tonellades mètriques a Júpiter en 118 dies (o a Saturn en 212 dies), utilisant 861 tonellades mètriques de propulsor d'hidrogen, ademés d'11 tonellades mètriques de combustible de fusió Heli-3-Deuteri (D-He3).[6] L'hidrogen seria calfat pels residus del plasma de fusió per a aumentar l'espente, encara que a costa de reduir la velocitat d'escape (348–463 km/s), lo que incrementaria la massa del propulsor necessària.
Inercial
[editar | editar còdic]La principal alternativa al confinament magnètic és la fusió per confinament inercial (FCI), com la proposta pel Proyecte Daedalus. Un chicotet grànul de combustible de fusió (en un diàmetro d'un parell de milímetros) s'encendria per mig d'un raig d'electrons o un làser. Per a produir espente directe, un camp magnètic forma la placa d'espente. En principi, podria utilisar-se la reacció Heli-3-Deuteri o una reacció de fusió aneutrónica per a maximizar l'energia en partícules carregades i minimisar la radiació, pero és molt qüestionable que utilisar estes reaccions siga tècnicament viable. Els dos estudis de disseny detallat dels anys 70, el propulsor Orión i el Proyecte Daedalus, varen utilisar el confinament inercial. En la década de 1980, el Laboratori Nacional Lawrence Livermore i la NASA varen estudiar un «Vehícul per a Aplicacions de Transport Interplanetario» (VISTA) propulsado per ICF. La nau cònica VISTA podia transportar una càrrega útil de 100 tonellades a l'òrbita de Mart i tornar a la Terra en 130 dies, o a l'òrbita de Júpiter i tornar en 403 dies. Es necessitarien 41 tonellades de combustible de fusió de deuteri/triti (D-T), més 4.124 tonellades de expelente d'hidrogen.[7] La velocitat d'escape seria de 157 km/s.
Blanco magnetizado
[editar | editar còdic]La fusió de blancs magnetizados (MTF, per les seues sigles de l'anglés Magnetized Target Fusion) és un método relativament nou que combina les millors característiques dels métodos més estudiats de fusió per confinament magnètic (és dir, bon confinament de l'energia) i fusió per confinament inercial (és dir, calfament eficient per compressió i contenció sense parets del plasma en fusió). De la mateixa manera que en l'enfocament magnètic, el combustible de fusió es confina a baixa densitat per mig de camps magnètics mentres es calfa en un plasma, pero de la mateixa manera que en l'enfocament de confinament inercial, la fusió s'inicia comprimint ràpidament l'objectiu per a aumentar dràsticament la densitat del combustible i, per tant, la temperatura. El MTF utilisa «canons de plasma» (és dir, tècniques d'acceleració electromagnètica) en lloc de potents làsers, lo que dona lloc a reactors compactes de baix cost i pes.[8] El grup d'Exploració Humana de Planetes Exteriors (HOPE) de la NASA/MSFC ha investigat una nau espacial de propulsió MTF tripulada capaç de transportar una càrrega útil de 164 tonellades a la lluna Calisto de Júpiter utilisant 106-165 tonellades mètriques de propulsante (hidrogen més combustible de fusió D-T o D-He3) en 249-330 dies.[9] Este disseny seria considerablement més chicotet i més eficient en el consum de combustible per la seua major velocitat d'escape (700 km/s) que els conceptes «Discovery II» i «VISTA» mencionats anteriorment.
Electroestático inercial
[editar | editar còdic]Un atre concepte popular de confinament per a eixides de fusió és el confinament electrostàtic inercial (IEC), com en el Fusor Farnsworth-Hirsch o la variant Polywell que està desenrollant Energy-Matter Conversion Corporation (EMC2). l'Universitat d'Illinois ha definit un concepte de «nau de fusió II» de 500 tonellades capaç de transportar una càrrega útil tripulada de 100.000 kg a la lluna Europa de Júpiter en 210 dies. La Nau de Fusió II utilisa eixides propulsors de ions (343 km/s de velocitat d'escape) alimentats per dèu reactors de fusió D-He3 IEC. El concepte necessitaria 300 tonellades de propulsante d'argón per a un viage d'anada i regrés d'un any al sistema de Júpiter.[10] Robert Bussard va publicar una série d'artículs tècnics sobre la seua aplicació als vols espacials a lo llarc de la década de 1990. El seu treball es va popularisar gràcies a un artícul de la publicació Analog Science Fiction and Fact, en el que Tom Ligon descrivia cóm el fusor constituiria una eixida de fusió molt eficaç.[11]
Antimatèria
[editar | editar còdic]Un concepte encara més especulatiu és la propulsió de pols nuclear catalizada per antimatèria, que utilisaria antimatèria para catalizar una reacció de fissió i fusió, permetent crear explosions de fusió molt més menudes. En la década de 1990 es va portar a terme un proyecte frustrat en l'Universitat Estatal de Pennsilvània baix el nom d'AIMStar,[12] que requeriria més antimatèria de la que es pot produir actualment. Ademés, caldria superar alguns obstàculs tècnics ans que fora viable.[13]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ NASA.
- ↑ «This scientist says he's built a jet engine that turns electricity directly into thrust» (en en). Futurism. Archivat des d'el original, el 19 d'agost de 2023.
- ↑ Acta Astronautica.89
- 126–129.ISSN 0094-5765.doi:10.1016/j.actaastro.2013.04.004.
- ↑ «Moon's Helium-3 Could Power Earth» (en en). Archivat des d'el original, el 31 de giner de 2023.
- ↑ NASA Scientific and Technical Information Branch.
- ↑ Williams; Dudzinski, {{{nom2}}}; Borowski, {{{nom3}}}; Juhasz, {{{nom4}}} (2005). Realizing "2001: A Space Odyssey": Piloted Spherical Torus Nuclear Fusion Propulsion (en en), 37th Joint Propulsion Conference and Exhibit. Glenn Research Center.
- ↑ 9th International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems.Lawrence Livermore National Laboratory.Tel Aviv:
- ↑ Centre Marshall de vols espacials/Universitat d'Alabama.
- ↑ Marshall Space Flight Center, ERC Inc., United States Department of Energy.
- ↑ Webber, J.; Burton, R. L.; Momota, H.; Richardson, N.; Shaban, Y.; Miley, G. H.. «Fusion Ship II - A Fast Manned Interplanetary Space Vehicle Using Inertial Electrostatic Fusion». University of Illinois, U-C, Department of Nuclear, Plasma and Radiological Engineering. Archivat des d'el original, el 17 de juny de 2012.
- ↑ Analog Science Fiction & Fact.118(12)
- ↑ Acta Astronautica.44(2–4)
- 183–186.doi:10.1016/S0094-5765(99)00046-6.
- ↑ Schmidt, G.; Gerrish, H.; Martin, {{{nom3}}}; Smith, {{{nom4}}} (1999). Antimatter production for near-term propulsion applications (en en), American Institute of Aeronautics and Astronautics & Pennsylvania State University. doi:10.2514/6.1999-2691.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Propulsión por fusión» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.