Los elementos pesados, como el uranio, que se usan en la generación de la energía nuclear son fuentes de energía muy concentrada. Unas pocas libras de combustible nuclear equivalen a miles de toneladas de carbón o petróleo, o de explosivos, en el caso de las bombas atómicas. Acondicionar la energía nuclear para los vuelos espaciales aparenta ser un camino lógico para su exploración. 

Pero los vuelos espaciales no se logran fácilmente: los cohetes espaciales requieren, además de energía, masa, materia que se expulsa hacia atrás, y el combustible nuclear dispone de muy poca. El factor limitante en la operativa de los cohetes no es la escasez de energía, sino la alta temperatura a la que funciona. Las toberas de los cohetes comunes trabajan al rojo vivo: añadir energía extra al combustible elevará la temperatura, quizás más allá de la que el material puede soportar. 

La Elección del Combustible para el Cohete

Un gas caliente es un compendio de átomos o moléculas independientes, colisionando entre ellas y con las paredes del recipiente. Cuanto mayor es la temperatura T, más rápido se mueven. Pero si comparamos diferentes tipos de moléculas a una temperatura dada, encontramos ( como ya dijimos en una sección anterior sobre el cañón SHARP) que su velocidad v difiere o lo que es lo mismo, que su energía cinética (1/2) mv² es proporcional a T. 

Supongamos que observamos dos gases a la misma temperatura T, un gas con moléculas ligeras de masa m y velocidad v y el otro con moléculas más pesadas de masa M, moviéndose a una velocidad V. Por el argumento anterior

Si (por ejemplo) M = 9m, encontramos que v = 3V. A una temperatura dada, las moléculas ligeras se mueven 3 veces más rápidas.

Los cohetes químicos más eficientes, p.e. los de la lanzadera espacial, queman hidrógeno y oxígeno para formar agua (con más precisión, vapor recalentado). La fórmula molecular del agua es H₂O, y como el átomo de oxígeno (O) es 16 veces más pesado que el de hidrógeno (H), las moléculas de agua pesan 18 veces más que el átomo de hidrógeno y 9 veces más que la molécula (H₂), la forma en la que existe el hidrógeno generalmente. 

Si el chorro fuera de moléculas de hidrógeno en vez de agua, a la misma temperatura (como se vio antes) sus moléculas se moverían 3 veces más rápidas y el chorro también sería más rápido. Desgraciadamente, no existe una reacción química práctica que produzca H₂. 

Con energía nuclear ilimitada, sin embargo, no es necesario quemar nada, en lugar de eso el gas hidrógeno puede calentarse dentro del reactor nuclear y luego expulsarse hacia atrás por medio de una gran tobera. Esa fue la idea del proyecto NERVA, que la NASA ensayó en los años 1960, para la construcción de un cohete nuclear. 

Es difícil imaginar el funcionamiento de un reactor nuclear a la misma temperatura elevada de un motor de cohete. Pero teniendo a favor el factor de 3, aún a menor temperatura, podemos tener una gran ventaja. Algunos modelos experimentales de cohetes nucleares funcionaron bien cuando se probaron en tierra, pero, a la larga, los riesgos de contaminación ambiental y el fundido del reactor eran muy altos y el proyecto se suspendió. 

Proyecto Orión

Próxima Etapa: #32 Novedosos caminos hacia el espacio: Velas Solares

Author and Curator:   Dr. David P. Stern
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Spanish translation by J. Méndez

Last updated 13 December 2001