Propulsió nuclear

La propulsió nuclear inclou una àmplia varietat de mètodes de propulsió que utilitzen alguna forma de reacció nuclear com a principal font d'energia.^[1] Molts portaavions i submarins utilitzen actualment reactors nuclears alimentats per urani que poden proporcionar propulsió durant llargs períodes sense reabastecer-se de combustible. També hi ha aplicacions en el sector espacial amb motors nuclears tèrmics i nuclears elèctrics que podrien ser més eficients que els motors de coets convencionals.

La idea d'utilitzar material nuclear per a la propulsió data de principis del segle XX. El 1903 es va plantejar la hipòtesi que el material radioactiu, el radi, podria ser un combustible adequat per a motors per propulsar cotxes, avions i vaixells. H.G. Wells va recollir aquesta idea a la seva obra de ficció de 1914 *The World Set Free*.^[2]

Els vaixells de propulsió nuclear són principalment submarins militars i portaavions.^[3] Rússia és l'únic país que actualment té vaixells de superfície civils de propulsió nuclear, principalment trencaglaç. La Marina dels Estats Units actualment (a data de 2022) té 11 portaavions i 70 submarins en servei, tots propulsats per reactors nuclears. Per a articles més detallats, vegeu:

• Vegeu Propulsió marina nuclear
• Llista de vaixells nuclears civils

• Marina nuclear
• Llista de reactors navals dels Estats Units
• Reactors navals soviètics
• submarí nuclear

El canal de notícies de la televisió russa Channel One va emetre una imatge i detalls d'un torpede nuclear anomenat Status-6 cap al 12 de novembre de 2015. Es va declarar que el torpede tenia un abast de fins a 10.000 km, una velocitat de creuer de 100 nusos i una profunditat operativa de fins a 1000 metres sota la superfície. El torpede portava un cap nuclear de 100 megatones.^[4]

Un dels suggeriments que va sorgir l'estiu de 1958 de la primera reunió del grup assessor científic que es va convertir en JASON va ser el d'"un torpede de propulsió nuclear que pogués vagar pels mars gairebé indefinidament".

Durant la Guerra Freda, els Estats Units i la Unió Soviètica van dur a terme la investigació sobre avions de propulsió nuclear, ja que presumiblement permetrien a un país mantenir bombarders nuclears a l'aire durant períodes de temps extremadament llargs, una tàctica útil per a la dissuasió nuclear. Cap dels dos països va crear cap avió nuclear operatiu.^[6] Un problema de disseny, mai resolt adequadament, va ser la necessitat d'un blindatge pesat per protegir la tripulació de la malaltia per radiació. Des de l'arribada dels missils balístics intercontinentals (ICBM) a la dècada de 1960, l'avantatge tàctic d'aquests avions va disminuir considerablement i els projectes respectius es van cancel·lar.^[6] Com que la tecnologia era inherentment perillosa, no es va considerar en contextos no militars. Els míssils de propulsió nuclear també es van investigar i descartar durant el mateix període.^[6]

• Convair X-6
• Myasishchev M-50 - Engany de la Setmana de l'Aviació^[7]
• Propulsió nuclear d'aeronaus: el projecte de General Electric per construir un bombarder nuclear
• Túpolev Tu-95LAL

• Projecte Plutó, que va desenvolupar el míssil SLAM, que utilitzava un estatorreactor nuclear per a la propulsió^[8]
• Míssil de creuer nuclear Burevestnik anunciat per Vladimir Putin el 2018.^[9]

L'atracció de la propulsió i l'energia nuclears a l'espai es basa en l'eficiència energètica teòrica i la resistència que es poden obtenir amb un sistema nuclear, permetent-li funcionar a llargues distàncies. Tanmateix, els sistemes necessaris per protegir els humans tant en la fase de transport espacial com en la d'operacions presenten inconvenients significatius. S'han proposat molts tipus de propulsió nuclear, com ara:

• Projecte Orion, primer estudi de disseny d'enginyeria de propulsió per polsos nuclears (és a dir, explosió atòmica)
• Projecte Daedalus, estudi de la Societat Interplanetària Britànica dels anys 70 sobre un coet de fusió
• Projecte Longshot, disseny de propulsió nuclear per polsos de l'Acadèmia Naval dels EUA - NASA
• AIMStar, una nau de propulsió nuclear per polsos catalitzada per antimatèria que utilitza núvols d'antiprotons per iniciar la fissió i la fusió dins de pellets de combustible.
• ICAN-II, una nau espacial interplanetària tripulada proposada que utilitzava el motor de propulsió nuclear de pols catalitzat per antimatèria com a principal forma de propulsió.
• Propulsió per plasma polsat extern (EPPP), un concepte de propulsió de la NASA que deriva el seu impuls d'ones de plasma generades a partir d'una sèrie de petits polsos de fissió/fusió supercrítics darrere d'un objecte a l'espai.

Els coets tèrmics nuclears bimodals duen a terme reaccions de fissió nuclear similars a les que s'utilitzen a les centrals nuclears, inclosos els submarins. L'energia s'utilitza per escalfar el propel·lent d'hidrogen líquid. Els defensors de les naus espacials de propulsió nuclear assenyalen que, en el moment del llançament, gairebé no s'allibera radiació dels reactors nuclears. Els coets de propulsió nuclear no s'utilitzen per enlairar-se de la Terra. Els coets tèrmics nuclears poden proporcionar grans avantatges de rendiment en comparació amb els sistemes de propulsió química. Les fonts d'energia nuclear també es podrien utilitzar per proporcionar energia elèctrica a la nau espacial per a operacions i instrumentació científica.^[11] Exemples:

• NERVA (Energia Nuclear per a Aplicacions de Vehicles de Coets), un programa de coets tèrmics nuclears dels EUA.
• Projecte Rover, un projecte americà per desenvolupar un coet tèrmic nuclear. El programa es va dur a terme al Laboratori Científic de Los Alamos des del 1955 fins al 1972.
• Projecte Timberwind (1987–1991), part de la Iniciativa de Defensa Estratègica
• RD-0410, un motor de coet tèrmic nuclear soviètic desenvolupat des del 1965 fins a la dècada del 1980
• Coet de demostració per a operacions cislunars àgils (DRACO), en desenvolupament a la dècada del 2020

• Ramjet Bussard, un ramjet de fusió interestel·lar conceptual que porta el nom de Robert W. Bussard.

• Coet de fragments de fissió
• Vela de fissió
• Coet de fusió
• Coet de reactor amb nucli de gas
• Coet nuclear d'aigua salada
• Coet radioisòtop
• Coet fotònic nuclear

La propulsió elèctrica nuclear és un tipus de sistema de propulsió espacial en què un reactor nuclear genera energia tèrmica que es converteix en energia elèctrica, que impulsa un propulsor iònic o altra tecnologia de propulsió elèctrica espacial.^[12] Exemples de sistemes elèctrics nuclears:

• L'SNAP-10A, llançat en òrbita per la USAF el 1965, va ser el primer ús d'un reactor nuclear a l'espai i d'un propulsor iònic en òrbita.
• La sèrie de satèl·lits US-A, llançats en òrbita per l'URSS, incloïa el Kosmos 1818 i el Kosmos 1867 el 1987, utilitzant el reactor nuclear TOPAZ i un propulsor d'efecte Hall "Plazma-2 SPT".
• Projecte Prometeu, desenvolupament de la NASA de propulsió nuclear per a vols espacials de llarga durada, iniciat el 2003.
• Mòdul de Transport i Energia (TEM). L'abril de 2011, Anatoly Perminov, cap de l'Agència Espacial Federal Russa, va anunciar que desenvoluparà una nau espacial amb propulsió nuclear per a viatges espacials profunds.^[13][14] El disseny preliminar es va fer el 2013 i es preveuen 9 anys més per al desenvolupament (en muntatge espacial). El preu s'ha fixat en 17.000 milions de rubles (600 milions de dòlars). La propulsió nuclear oferiria una potència de classe megawatt i consistiria en una energia nuclear espacial i una matriu de motors iònics^[15] Segons Perminov, la propulsió podrà donar suport a la missió humana a Mart, amb cosmonautes que romandrien al planeta vermell durant 30 dies. Aquest viatge a Mart amb propulsió nuclear i una acceleració constant trigaria sis setmanes, en lloc de vuit mesos mitjançant propulsió química, assumint un empenyiment 300 vegades superior al de la propulsió química.^[16][17]

La idea de fabricar cotxes que utilitzessin material radioactiu, el radi, com a combustible data com a mínim del 1903. L'anàlisi del concepte el 1937 va indicar que el conductor d'un vehicle d'aquest tipus podria necessitar una barrera de plom de 50 tones per protegir-lo de la radiació.^[18]

El 1941, un físic de Caltech anomenat RM Langer va adoptar la idea d'un cotxe propulsat per urani-235 a l'edició de gener de Popular Mechanics. El va seguir William Bushnell Stout, dissenyador del Stout Scarab i expresident de la Society of Engineers, el 7 d'agost de 1945 a The New York Times. El problema de blindar el reactor va continuar fent que la idea fos poc pràctica.^[19] El desembre de 1945, un John Wilson de Londres va anunciar que havia creat un cotxe atòmic. Això va generar un interès considerable. El ministre de Combustible i Energia, juntament amb un gran contingent de premsa, va anar a veure'l. El cotxe no es va mostrar i Wilson va afirmar que havia estat sabotejat. Un cas judicial posterior va descobrir que era un frau i que no hi havia cap cotxe propulsat per energia nuclear.^[20][21]

Malgrat el problema del blindatge, durant finals de la dècada de 1940 i principis de la de 1950 va continuar el debat sobre la possibilitat de cotxes amb propulsió nuclear. El desenvolupament de submarins i vaixells amb propulsió nuclear, i els experiments per desenvolupar un avió amb propulsió nuclear en aquell moment, van mantenir viva la idea.^[22] Els diaris russos de mitjans de la dècada de 1950 van informar del desenvolupament d'un cotxe amb propulsió nuclear pel professor VP Romadin, però de nou el blindatge va resultar ser un problema.^[23] Es va afirmar que els seus laboratoris havien superat el problema del blindatge amb un nou aliatge que absorbia els raigs.^[24]

El 1958, en el punt àlgid de la cultura automobilística americana dels anys cinquanta, es van proposar almenys quatre prototips teòrics de cotxes nuclears: el Ford Nucleon i l'Studebaker Packard Astral americans, així com el Simca Fulgur francès dissenyat per Robert Opron^[25][26] i l'Arbel Symétric. A part d'aquests models conceptuals, no se'n va construir cap ni es va fabricar mai cap central nuclear per a automòbils. L'enginyer de Chrysler, CR Lewis, havia descartat la idea el 1957 a causa de les estimacions que 80,000 lb (36,000 kg) seria necessari per a un motor 3,000 lb (1,400 kg) cotxe. La seva opinió era que calia un mitjà eficient d'emmagatzemar energia perquè l'energia nuclear fos pràctica. Malgrat això, els estilistes de Chrysler van dibuixar alguns possibles dissenys el 1958.

El 1959 es va informar que Goodyear Tire and Rubber Company havia desenvolupat un nou compost de cautxú que era lleuger i absorbia la radiació, cosa que evitava la necessitat d'un blindatge pesat. Un periodista d'aquell moment va considerar que això podria fer possible els cotxes i avions amb propulsió nuclear.

Ford va fabricar un altre model potencialment amb propulsió nuclear el 1962 per a la Fira Mundial de Seattle, el Ford Seattle-ite XXI.^[27][28] Aquest tampoc va anar més enllà del concepte inicial.

El 2009, pel centenari de l'adquisició de Cadillac per General Motors, Loren Kulesus va crear un art conceptual que representava un cotxe impulsat per tori.^[29]