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Científicos de la NASA desarrollan tecnología de punta para generar energía en la Luna basándose en un invento del siglo XIX.

¿Alguna vez se ha preguntado cómo prepararía su taza de café por la mañana si viviera en otro planeta o, tal vez, en la Luna?  La bebida humeante sería obligatoria en una fría mañana lunar.

Pero con escasa luz solar, sin carbón o madera para quemar, y sin agua corriente para generar energía hidroeléctrica, ¿cómo podríamos preparar una taza de café, y mucho menos el desayuno, o calentar la casa o alimentar los equipos de soporte y las herramientas que se necesitan para vivir y trabajar allí?

La NASA, mientras planea un futuro puesto en la Luna, ha estado haciendo estas preguntas recientemente.

Hay más de una manera de generar energía en la Luna. La Energía por Fisión en Superficie (Fission Surface Power ó FSP, en idioma

Concepto artístico de un sistema de Energía por Fisión en Superficie en funcionamiento en la superficie de la Luna.

inglés) es una de las opciones que la NASA está considerando. Si este método es escogido, una máquina inventada a comienzos de 1800 por los hermanos escoceses Robert y James Stirling podría ayudar para que esto se logre.

Los hermanos Stirling estaban tan orgullosos de su invento que le pusieron su nombre —y con justa razón. Con el tiempo, la máquina de Stirling —que podría haber sido una pequeña máquina, confiable y eficiente— ha incrementado su reputación aquí en la Tierra y, algún día tal vez, demostrará su valor en la Luna.

“Quienes habiten un puesto en la Luna van a necesitar una manera segura y eficiente de generar luz, calor y electricidad”, dice Mike Houts, del Centro Marshall para Vuelos Espaciales, de la NASA. “La máquina de Stirling, digna de confianza, tiene las características adecuadas. No solamente es confiable y eficiente, sino que además es limpia y versátil”.

La NASA ha unido sus esfuerzos con el Departamento de Energía de Estados Unidos con el propósito de desarrollar la tecnología de Energía por Fisión en Superficie para producir calor y alimentar con él la máquina de Stirling que, a su vez, convertiría esa energía calórica en electricidad para que pueda ser usada por los exploradores lunares.

No queda aún claro si este tipo de sistema de generación de energía será adoptado por la NASA, pero realmente tiene cualidades muy atractivas. Houts explica: “Una ventaja clave de este sistema es que no necesitaría luz solar para funcionar. Un sistema FSP podría ser usado para proveer energía a cualquier hora, en cualquier lugar, en la superficie de la Luna o de Marte. Podría ser usado en los polos y lejos de los polos, podría sobrevivir a una fría noche lunar y trabajaría adecuadamente en lugares como cráteres profundos que siempre están en tinieblas. Ni siquiera una de esas arremolinadas tormentas de polvo marcianas que tapan la luz del Sol podría detener su funcionamiento”.

Concepto de referencia de un sistema de Energía por Fisión en Superficie. Haga clic en la imagen para obtener más detalles. Crédito: Mike Houts/NASA.

La máquina que planea la NASA solamente necesitaría producir alrededor de 40 kilovatios de potencia, o menos —justo lo necesario para alimentar un puesto en la Luna.

“Este nivel de potencia es alto para los estándares espaciales actuales, pero es extremadamente bajo para los estándares terrestres”, dice Houts. “Es alrededor de 1/20.000 de lo que un reactor típico puede producir en la Tierra. En la Luna, necesitaríamos solamente un reactor pequeño —la porción abastecida con combustible mediría apenas 25 cm por 45 cm (10 pulgadas por 1,5 pies de largo)”.

Podría proveer más energía con menos masa que otros sistemas de generación de energía. El sistema completo, un radiador montado sobre una máquina de Stirling, que a su vez está montada sobre un reactor, podría guardarse en un espacio pequeño dentro de un vehículo de alunizaje.

Antes de desarrollar el sistema final, Houts y su equipo están ahora poniéndolo a prueba con energía no-nuclear para llevar a cabo las pruebas de concepto.

“Estamos haciendo pruebas en un vacío térmico para aprender cómo hacer funcionar y controlar el sistema en la Luna”, dice Houts. “Estamos usando calentadores de resistencia para simular el calor nuclear. Las resistencias eléctricas producen calor”.

Después de que la prueba del sistema demuestre la viabilidad del concepto, el equipo podría recibir instrucciones de construir el “verdadero sistema”, esta vez basándose fuertemente en la experiencia con reactores estadounidenses y de otros países.

Concepto artístico del Sistema de Energía por Fisión en Superficie insertado en regolito lunar.

“Estaría hecho de acero inoxidable y funcionaría con dióxido de uranio. Esta combinación ha sido usada en reactores terrestres alrededor del mundo, así que los científicos e ingenieros están acostumbrados a manejarla”.

La unidad no estaría activa durante el lanzamiento, pero sería “encendida” una vez que estuviera instalada en la superficie de la Luna, donde estaría rodeada por un escudo para prevenir cualquier daño que pudiese causar la radiación emitida por el dispositivo.

“Sería muy seguro”, dice Houts. “Y la belleza de este sistema es que sería prácticamente autoregulable”.

Así es como funcionaría: Dentro del reactor, hay un manojo de pequeños tubos llenos de uranio. En la parte exterior del reactor hay tambores de control —un lado de cada tambor refleja neutrones y el otro lado los absorbe, otorgando así una manera de controlar la tasa a la cual se reflejan los neutrones que escapan del núcleo del reactor. Para encender la unidad, se enciende el lado absorbente de cada tambor de control, lejos del núcleo del reactor, de modo que el material reflectante mira hacia adentro y envía a los neutrones que escapan de regreso al núcleo. Esto da como resultado un incremento en la cantidad de neutrones disponibles, lo cual permite que se genere una reacción en cadena autosustentable, que produce calor.

Un refrigerante (que está formado por una mezcla de sodio y potasio)* fluye a través de los espacios entre los tubos, recoge el calor térmico producido por el uranio en reacción y transfiere el calor al motor de Stirling. Este motor hace entonces su magia** para generar electricidad. Mientras tanto, el refrigerante, que se ha “liberado” de una parte de su cargamento (el calor) para enviarlo al motor de Stirling, circula de regreso al núcleo del reactor, donde recoge el calor nuevamente y está listo para repetir el ciclo entero.

El sistema usaría solamente una pequeña cantidad de combustible —1 kilogramo de uranio cada 15 años —y aún tendría suficiente reactividad como para funcionar durante décadas.

“Le damos una vida útil de 8 años, sin embargo, porque algo más podría fallar antes de que se acabe el combustible”.

Después de apagarlo, la radiación emitida por el sistema disminuiría rápidamente. Un sistema de reemplazo podría ser fácilmente reinstalado en el mismo sitio.

Después de todo, ¡quizás haya una gran demanda de café caliente allí arriba!

Artículo publicado en Ciencia@NASA su autor es Dauna Couler y la traducción la ha hecho Carlos Román.