El Proyecto Rover fue un proyecto estadounidense para desarrollar un cohete termonuclear que se llevó a cabo entre 1955 y 1973 en el Laboratorio Científico de Los Alamos (LASL). Comenzó como un proyecto de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos para desarrollar una etapa superior de propulsión nuclear para un misil balístico intercontinental (ICBM). El proyecto fue transferido a la NASA en 1958 después de que la crisis del Sputnik desencadenara la carrera espacial . Fue gestionado por la Oficina de Propulsión Nuclear Espacial (SNPO), una agencia conjunta de la Comisión de Energía Atómica (AEC) y la NASA . El Proyecto Rover pasó a formar parte del proyecto NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application ) de la NASA y, a partir de entonces, se dedicó a la investigación sobre el diseño de reactores de cohetes nucleares, mientras que NERVA se ocupó del desarrollo y despliegue general de motores de cohetes nucleares y la planificación de misiones espaciales.
Los reactores nucleares del Proyecto Rover se construyeron en el Área Técnica 18 (TA-18) del LASL, también conocida como el Sitio del Cañón Pajarito. Allí se probaron a muy baja potencia y luego se transportaron al Área 25 (conocida como Jackass Flats) en el Sitio de Pruebas de Nevada de la AEC . Las pruebas de los elementos combustibles y otros aspectos de la ciencia de los materiales fueron realizadas por la División N del LASL en TA-46 utilizando varios hornos y, posteriormente, un reactor de prueba personalizado, el Horno Nuclear. El Proyecto Rover dio como resultado el desarrollo de tres tipos de reactores: Kiwi (1955 a 1964), Phoebus (1964 a 1969) y Pewee (1969 a 1972). Kiwi y Phoebus eran reactores grandes, mientras que Pewee era mucho más pequeño, debido al menor presupuesto disponible después de 1968.
Los reactores se alimentaban con uranio altamente enriquecido , utilizando hidrógeno líquido como propulsor y refrigerante. El grafito nuclear y el berilio se empleaban como moderadores y reflectores de neutrones . Los motores se controlaban mediante tambores con grafito o berilio en un lado y boro (un veneno nuclear ) en el otro, y el nivel de energía se ajustaba girando los tambores. Dado que el hidrógeno también actúa como moderador, aumentar el flujo de propulsor incrementaba la potencia del reactor sin necesidad de ajustar los tambores. Las pruebas del Proyecto Rover demostraron que los motores de cohetes nucleares podían apagarse y reiniciarse repetidamente sin dificultad, y podían agruparse si se requería mayor empuje. Su impulso específico (eficiencia) era aproximadamente el doble que el de los cohetes químicos.
El cohete nuclear contaba con un fuerte respaldo político del influyente presidente del Comité Conjunto de Energía Atómica del Congreso de los Estados Unidos , el senador Clinton P. Anderson de Nuevo México (donde se ubicaba el LASL), y sus aliados, los senadores Howard Cannon de Nevada y Margaret Chase Smith de Maine . Esto le permitió sobrevivir a múltiples intentos de cancelación, cada vez más serios debido a los recortes presupuestarios que prevalecieron a medida que se intensificaba la guerra de Vietnam y tras el fin de la carrera espacial con el alunizaje del Apolo 11. Los proyectos Rover y NERVA fueron cancelados en enero de 1973, a pesar de sus objeciones, y ninguno de los reactores llegó a volar.
Principios
Conceptos iniciales
Durante la Segunda Guerra Mundial , algunos científicos del Laboratorio de Los Alamos del Proyecto Manhattan , entre ellos Stan Ulam , Frederick Reines y Frederic de Hoffmann , especularon sobre el desarrollo de cohetes de propulsión nuclear. [ 2 ] En 1947, Ulam y Cornelius Joseph "CJ" Everett escribieron un artículo en el que consideraban el uso de bombas atómicas como medio de propulsión de cohetes. Esto sentó las bases del Proyecto Orión . [ 3 ] En diciembre de 1945, Theodore von Karman y Hsue-Shen Tsien escribieron un informe para las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos . Si bien coincidieron en que aún no era práctico, Tsien especuló que los cohetes de propulsión nuclear podrían algún día ser lo suficientemente potentes como para lanzar satélites a la órbita. [ 4 ]
En 1947, el Laboratorio de Aerofísica de North American Aviation publicó un extenso documento que analizaba muchos de los problemas relacionados con el uso de reactores nucleares para propulsar aviones y cohetes. El estudio se centró específicamente en una aeronave con un alcance de 16 000 kilómetros (10 000 millas) y una carga útil de 3600 kilogramos (8000 libras) , y abarcó turbobombas , estructura, tanques, aerodinámica y diseño de reactores nucleares . Concluyeron que el hidrógeno era el mejor propulsor y que el grafito sería el mejor moderador de neutrones , pero asumieron una temperatura de funcionamiento de 3150 °C (5700 °F) , que superaba las capacidades de los materiales disponibles. La conclusión fue que los cohetes de propulsión nuclear aún no eran prácticos. [ 4 ]
La revelación pública de la energía atómica al final de la guerra generó mucha especulación, y en el Reino Unido, Val Cleaver , ingeniero jefe de la división de cohetes de De Havilland , y Leslie Shepard , físico nuclear de la Universidad de Cambridge , consideraron de forma independiente el problema de la propulsión nuclear de cohetes. Se convirtieron en colaboradores y, en una serie de artículos publicados en el Journal of the British Interplanetary Society en 1948 y 1949, esbozaron el diseño de un cohete de propulsión nuclear con un intercambiador de calor de grafito de núcleo sólido . Concluyeron, a regañadientes, que los cohetes nucleares eran esenciales para la exploración del espacio profundo, pero aún no eran técnicamente factibles. [ 5 ] [ 6 ]
Informe Bussard
En 1953, Robert W. Bussard , físico que trabajaba en el proyecto de Energía Nuclear para la Propulsión de Aeronaves (NEPA) en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge , escribió un estudio detallado. Había leído el trabajo de Cleaver y Shepard, [ 7 ] el de Tsien, [ 8 ] y un informe de febrero de 1952 de ingenieros de Consolidated Vultee . [ 9 ] Utilizó datos y análisis de cohetes químicos existentes, junto con las especificaciones de los componentes existentes. Sus cálculos se basaron en el estado del arte de los reactores nucleares. [ 10 ] Lo más importante es que el artículo examinó varios rangos y tamaños de carga útil; las conclusiones pesimistas de Consolidated habían sido en parte el resultado de considerar solo un rango limitado de posibilidades. [ 9 ]
El resultado, Energía nuclear para la propulsión de cohetes , afirmó que el uso de la propulsión nuclear en cohetes no está limitado por consideraciones de energía de combustión y, por lo tanto, se pueden utilizar propelentes de bajo peso molecular como el hidrógeno puro. Mientras que un motor convencional podría producir una velocidad de escape de 2500 metros por segundo (8300 pies/s) , un motor nuclear alimentado con hidrógeno podría alcanzar una velocidad de escape de 6900 metros por segundo (22 700 pies/s) en las mismas condiciones. Propuso un reactor moderado por grafito debido a la capacidad del grafito para soportar altas temperaturas y concluyó que los elementos combustibles requerirían un revestimiento protector para resistir la corrosión causada por el propelente de hidrógeno. [ 10 ]
El estudio de Bussard tuvo poco impacto al principio, principalmente porque solo se imprimieron 29 copias y estaba clasificado como Datos Restringidos , por lo que solo podía ser leído por alguien con la autorización de seguridad requerida. [ 11 ] En diciembre de 1953, se publicó en el Journal of Reactor Science and Technology de Oak Ridge . Aunque seguía clasificado, esto le dio una mayor difusión. [ 7 ] Darol Froman , el subdirector del Laboratorio Científico de Los Alamos (LASL), y Herbert York , el director del Laboratorio de Radiación de la Universidad de California en Livermore , se interesaron y establecieron comités para investigar la propulsión de cohetes nucleares. Froman trajo a Bussard a Los Alamos para que colaborara una semana al mes. [ 12 ]
Aprobación
El estudio de Robert Bussard también atrajo la atención de John von Neumann , quien formó un comité ad hoc sobre propulsión nuclear de misiles. Mark Mills , subdirector de Livermore, fue su presidente, y sus otros miembros fueron Norris Bradbury de LASL; Edward Teller y Herbert York de Livermore; Abe Silverstein , director asociado del Laboratorio de Propulsión de Vuelo Lewis del Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA) ; y Allen F. Donovan de Ramo-Wooldridge . [ 12 ]
Después de escuchar opiniones sobre varios diseños, el comité Mills recomendó que el desarrollo continuara, con el objetivo de producir una etapa superior nuclear para un misil balístico intercontinental (ICBM). York creó una nueva división en Livermore, y Bradbury creó otra llamada División N en Los Alamos bajo el liderazgo de Raemer Schreiber , para llevarla a cabo. [ 13 ] En marzo de 1956, el Proyecto de Armas Especiales de las Fuerzas Armadas (AFSWP) recomendó asignar $100 millones ($ 1184 millones en 2025 ) al proyecto del motor de cohete nuclear durante tres años para que los dos laboratorios realizaran estudios de viabilidad y la construcción de instalaciones de prueba. [ 14 ]
Eger V. Murphree y Herbert Loper, de la Comisión de Energía Atómica (AEC), se mostraron más cautelosos. El programa de misiles Atlas avanzaba satisfactoriamente y, de tener éxito, tendría el alcance suficiente para alcanzar objetivos en la mayor parte de la Unión Soviética . Al mismo tiempo, las ojivas nucleares se estaban volviendo más pequeñas, ligeras y potentes. La justificación para una nueva tecnología que prometía cargas útiles más pesadas a mayores distancias parecía débil. Sin embargo, el cohete nuclear había encontrado un poderoso protector político en el senador Clinton P. Anderson de Nuevo México (donde se ubicaba el LASL), vicepresidente del Comité Conjunto de Energía Atómica (JCAE) del Congreso de los Estados Unidos , quien mantenía una estrecha relación con von Neumann, Bradbury y Ulam. Logró obtener financiación. [ 14 ]
Todo el trabajo en el cohete nuclear se consolidó en Los Alamos, donde se le dio el nombre en clave Proyecto Rover; a Livermore se le asignó la responsabilidad del desarrollo del estatorreactor nuclear , que recibió el nombre en clave Proyecto Pluto . [ 15 ] El Proyecto Rover fue dirigido por un oficial en servicio activo de la USAF en comisión de servicio en la AEC, el teniente coronel Harold R. Schmidt. Este respondía ante otro oficial de la USAF en comisión de servicio, el coronel Jack L. Armstrong, quien también estaba a cargo de Pluto y de los proyectos de Sistemas para Energía Auxiliar Nuclear (SNAP). [ 16 ]
Conceptos de diseño
En principio, el diseño de un motor de cohete termonuclear es bastante simple: una turbobomba impulsaría hidrógeno a través de un reactor nuclear, donde se calentaría a temperaturas muy elevadas y luego se expulsaría por una tobera para producir empuje. [ 17 ] Los factores que complicaban el proceso eran evidentes de inmediato. El primero era encontrar un método para controlar la temperatura y la potencia del reactor. El segundo era idear un sistema para almacenar el propulsor. La única forma práctica de almacenar hidrógeno era en estado líquido, lo que requería una temperatura inferior a 20 K (−253,2 °C) . El tercero era que el hidrógeno se calentaría a una temperatura de alrededor de 2500 K (2230 °C) , y se necesitarían materiales capaces de soportar dichas temperaturas y resistir la corrosión causada por el hidrógeno. [ 17 ]

El hidrógeno líquido era teóricamente el mejor propulsor posible, pero a principios de la década de 1950 era caro y solo estaba disponible en pequeñas cantidades. [ 18 ] En 1952, la AEC y la Oficina Nacional de Estándares abrieron una planta cerca de Boulder, Colorado , para producir hidrógeno líquido para el programa de armas termonucleares . [ 19 ] Antes de optar por el hidrógeno líquido, LASL consideró otros propulsores como el metano ( CH4 ) yamoníaco(NH3 ). El amoníaco, utilizado en las pruebas realizadas entre 1955 y 1957, era económico, fácil de obtener, líquido a239K (−34°C)y fácil de bombear y manipular. Sin embargo, era mucho más pesado que el hidrógeno líquido, lo que reducía elimpulso; además, resultó ser aún más corrosivo y presentaba propiedades neutrónicas indeseables. [ 20 ]
Para el combustible, consideraron plutonio-239 , uranio-235 y uranio-233 . El plutonio fue descartado porque, si bien forma compuestos fácilmente, estos no podían alcanzar temperaturas tan altas como las del uranio. El uranio-233 fue considerado seriamente, ya que, en comparación con el uranio-235, es ligeramente más ligero, tiene un mayor número de neutrones por evento de fisión y una alta probabilidad de fisión. Por lo tanto, ofrecía la posibilidad de ahorrar algo de peso en el combustible, pero sus propiedades radiactivas dificultan su manipulación y, en cualquier caso, no estaba fácilmente disponible. [ 21 ] [ 22 ] Por consiguiente, se optó por uranio altamente enriquecido . [ 23 ]
Para los materiales estructurales del reactor, la elección se redujo a grafito o metales. [ 21 ] De los metales, el tungsteno se perfiló como el principal candidato, pero era caro, difícil de fabricar y tenía propiedades neutrónicas indeseables. Para sortear estas propiedades neutrónicas, se propuso utilizar tungsteno-184 , que no absorbe neutrones. [ 24 ] Se eligió el grafito porque es económico, se vuelve más resistente a temperaturas de hasta 3300 K (3030 °C) y se sublima en lugar de fundirse a 3900 K (3630 °C) . [ 25 ]
Para controlar el reactor, el núcleo estaba rodeado por tambores de control recubiertos de grafito o berilio (un moderador de neutrones) por un lado y boro (un veneno de neutrones ) por el otro. La potencia de salida del reactor se podía controlar girando los tambores. [ 26 ] Para aumentar el empuje, basta con aumentar el flujo de propulsor. El hidrógeno, ya sea en estado puro o en un compuesto como el amoníaco, es un moderador nuclear eficiente, y aumentar el flujo también incrementa la velocidad de las reacciones en el núcleo. Esta mayor velocidad de reacción compensa la refrigeración proporcionada por el hidrógeno. A medida que el hidrógeno se calienta, se expande, por lo que hay menos en el núcleo para disipar el calor, y la temperatura se estabiliza. Estos efectos opuestos estabilizan la reactividad y, por lo tanto, un motor de cohete nuclear es naturalmente muy estable, y el empuje se controla fácilmente variando el flujo de hidrógeno sin cambiar los tambores de control. [ 27 ]
LASL produjo una serie de conceptos de diseño, cada uno con su propio nombre en clave: Tío Tom, Tío Tung, Sabueso y Shish. [ 28 ] Para 1955, se había decidido por un diseño de 1500 megavatios (MW) llamado Viejo Joe Negro. En 1956, este se convirtió en la base de un diseño de 2700 MW destinado a ser la etapa superior de un misil balístico intercontinental (ICBM). [ 21 ]
Transferencia a la NASA

Para 1957, el proyecto del misil Atlas avanzaba bien, y con la disponibilidad de ojivas más pequeñas y ligeras, la necesidad de una etapa superior nuclear prácticamente había desaparecido. [ 29 ] [ 30 ] El 2 de octubre de 1957, la AEC propuso recortar el presupuesto del Proyecto Rover, pero la propuesta pronto quedó obsoleta debido a los acontecimientos. [ 31 ]
Dos días después, la Unión Soviética lanzó el Sputnik 1 , el primer satélite artificial. Esto desató temores e imaginación en todo el mundo y demostró que la Unión Soviética tenía la capacidad de lanzar armas nucleares a distancias intercontinentales, y socavó las nociones estadounidenses de superioridad militar, económica y tecnológica. [ 32 ] Esto precipitó la crisis del Sputnik y desencadenó la carrera espacial , una nueva área de competencia en la Guerra Fría . [ 33 ] Anderson quería otorgar la responsabilidad del programa espacial estadounidense a la AEC, [ 34 ] pero el presidente estadounidense Dwight D. Eisenhower respondió creando la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), que absorbió a la NACA. [ 35 ]
Donald A. Quarles , el subsecretario de Defensa , se reunió con T. Keith Glennan , el nuevo administrador de la NASA, y Hugh Dryden , su adjunto, el 20 de agosto de 1958, [ 36 ] un día después de que juraran sus cargos en la Casa Blanca , [ 37 ] y Rover fue el primer punto de la agenda. Quarles estaba ansioso por transferir Rover a la NASA, ya que el proyecto ya no tenía un propósito militar. [ 16 ] Silverstein, a quien Glennan había traído a Washington, D.C., para organizar el programa de vuelos espaciales de la NASA, [ 38 ] había tenido durante mucho tiempo un interés en la tecnología de cohetes nucleares. Fue el primer alto funcionario de la NACA en mostrar interés en la investigación de cohetes, [ 39 ] había iniciado una investigación sobre el uso de hidrógeno como propulsor de cohetes, [ 40 ] participó en el proyecto de Propulsión Nuclear de Aeronaves (ANP), construyó el reactor Plum Brook de la NASA y había creado un grupo de propulsión de cohetes nucleares en Lewis bajo la dirección de Harold Finger . [ 41 ]
La responsabilidad de los componentes no nucleares del Proyecto Rover se transfirió oficialmente de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF) a la NASA el 1 de octubre de 1958, [ 42 ] el día en que la NASA entró oficialmente en funcionamiento y asumió la responsabilidad del programa espacial civil estadounidense. [ 43 ] El Proyecto Rover se convirtió en un proyecto conjunto de la NASA y la AEC. [ 42 ] Silverstein designó a Finger de Lewis para supervisar el desarrollo del cohete nuclear. El 29 de agosto de 1960, la NASA creó la Oficina de Propulsión Nuclear Espacial (SNPO) para supervisar el proyecto del cohete nuclear. [ 44 ] Finger fue designado como su director, con Milton Klein de la AEC como su adjunto. [ 45 ]
El 1 de febrero de 1961 , el administrador adjunto de la NASA, Robert Seamans, y el gerente general de la AEC, Alvin Luedecke, firmaron un "Acuerdo formal entre la NASA y la AEC sobre la gestión de contratos de motores de cohetes nucleares". Posteriormente, el 28 de julio de 1961, firmaron un "Acuerdo interinstitucional sobre el programa para el desarrollo de la propulsión de cohetes nucleares espaciales (Proyecto Rover)". [ 46 ] La SNPO también asumió la responsabilidad del SNAP, y Armstrong pasó a ser asistente del director de la División de Desarrollo de Reactores de la AEC. El teniente coronel GM Anderson, anteriormente responsable del proyecto SNAP en la disuelta Oficina de Propulsión Nuclear de Aeronaves (ANPO), se convirtió en jefe de la Subdivisión SNAP de la nueva división. [ 45 ]
El 25 de mayo de 1961, el presidente John F. Kennedy se dirigió a una sesión conjunta del Congreso . «Primero», anunció, «creo que esta nación debe comprometerse a lograr el objetivo, antes de que termine esta década, de llevar a un hombre a la Luna y traerlo de regreso a la Tierra sano y salvo». Luego continuó diciendo: «Segundo, 23 millones de dólares adicionales, junto con los 7 millones de dólares ya disponibles, acelerarán el desarrollo del cohete nuclear Rover. Esto promete brindar algún día los medios para una exploración espacial aún más emocionante y ambiciosa, tal vez más allá de la Luna, tal vez hasta el mismísimo fin del Sistema Solar». [ 47 ]
Sitio de pruebas

Los reactores nucleares para el Proyecto Rover se construyeron en el Área Técnica 18 (TA-18) del LASL, también conocida como el Sitio Pajarito. El combustible y los componentes internos del motor se fabricaron en el complejo Sigma en Los Alamos. Las pruebas de los elementos combustibles y otros aspectos de la ciencia de los materiales fueron realizadas por la División N del LASL en TA-46 utilizando varios hornos y, posteriormente, un reactor de prueba personalizado, el Horno Nuclear. Personal de las divisiones de Pruebas (J) y de Metalurgia Química (CMB) del LASL también participó en el Proyecto Rover. [ 48 ] Se construyeron dos reactores para cada motor; uno para experimentos críticos de potencia cero en Los Alamos y otro utilizado para pruebas de potencia máxima. [ 30 ] Los reactores se probaron a muy baja potencia antes de ser enviados al sitio de pruebas. [ 48 ]
En 1956, la AEC asignó 127.200 hectáreas (314.000 acres) de un área conocida como Jackass Flats en el Área 25 del Sitio de Pruebas de Nevada para uso del Proyecto Rover. [ 49 ] El trabajo en las instalaciones de prueba comenzó allí a mediados de 1957. Todos los materiales y suministros tuvieron que ser traídos desde Las Vegas . La Celda de Prueba A consistía en un conjunto de botellas de gas hidrógeno y un muro de hormigón de 0,91 metros (3 pies) de espesor para proteger la instrumentación electrónica de la radiación del reactor. La sala de control estaba ubicada a 3,2 kilómetros (2 millas) de distancia. El revestimiento de plástico de los cables de control fue roído por roedores excavadores y tuvo que ser reemplazado. El reactor fue probado con su columna de escape en el aire para que cualquier producto de fisión radiactivo recogido del núcleo pudiera dispersarse de forma segura. [ 21 ]
El edificio de mantenimiento y desmantelamiento del reactor (R-MAD) era, en la mayoría de los aspectos, una celda caliente típica utilizada por la industria nuclear, con gruesas paredes de hormigón, ventanas de observación de vidrio emplomado y brazos de manipulación remota. Su única característica excepcional era su tamaño: 76 metros (250 pies) de largo, 43 metros (140 pies) y 19 metros (63 pies) de alto. Esto permitía mover la locomotora dentro y fuera en un vagón de ferrocarril. [ 21 ] Se decía que el "Ferrocarril Jackass and Western", como se le describía jocosamente, era el ferrocarril más corto y lento del mundo. [ 50 ] Había dos locomotoras: la eléctrica L-1, que se controlaba remotamente, y la diésel-eléctrica L-2, que se controlaba manualmente, con blindaje contra la radiación alrededor de la cabina . [ 21 ]
Se suponía que la celda de prueba C se completaría en 1960, pero la NASA y la AEC no solicitaron fondos para la construcción adicional ese año; Anderson los proporcionó de todos modos. Luego hubo retrasos en la construcción, lo que lo obligó a intervenir personalmente. [ 51 ] En agosto de 1961, la Unión Soviética puso fin a la moratoria de pruebas nucleares que había estado vigente desde noviembre de 1958, por lo que Kennedy reanudó las pruebas estadounidenses en septiembre. [ 52 ] Con un segundo programa intensivo en el sitio de pruebas de Nevada, la mano de obra se volvió escasa y hubo una huelga. [ 53 ]

Cuando eso terminó, los trabajadores tuvieron que lidiar con las dificultades de manejar el hidrógeno, que podía filtrarse a través de orificios microscópicos demasiado pequeños para permitir el paso de otros fluidos. El 7 de noviembre de 1961, un accidente menor provocó una violenta fuga de hidrógeno. El complejo finalmente entró en funcionamiento en 1964. SNPO preveía la construcción de un motor de cohete nuclear de 20 000 MW, por lo que el supervisor de la construcción, Keith Boyer, encargó a Chicago Bridge & Iron Company la construcción de dos gigantescos dewars de almacenamiento criogénico de 1 900 000 litros (500 000 galones estadounidenses ) . Se añadió un edificio de mantenimiento y desmontaje de motores (E-MAD). Era más grande que un campo de fútbol, con gruesas paredes de hormigón y compartimentos blindados donde se podían ensamblar y desmontar los motores. También había un banco de pruebas de motores (ETS-1); se planificaron dos más. [ 53 ]
También existía una instalación de almacenamiento de material radiactivo (RMSF). Se trataba de un emplazamiento de 8,5 hectáreas (21 acres) situado aproximadamente a la misma distancia del E-MAD, la celda de pruebas "C" y el ETS-1. Estaba rodeado por una valla de alambre ciclónico con iluminación perimetral de cuarzo. El ferrocarril de vía única que conectaba las instalaciones llevaba un ramal a través de una única puerta principal hacia la zona de almacenamiento, que luego se dividía en siete ramales. Dos de estos ramales conducían a búnkeres de 55,3 metros cuadrados (595 pies cuadrados ) . La instalación se utilizaba para almacenar una amplia variedad de artículos contaminados radiactivamente. [ 54 ]
En febrero de 1962, la NASA anunció el establecimiento de la Estación de Desarrollo de Cohetes Nucleares (NRDS) en Jackass Flats, y en junio se estableció una sucursal de la SNPO en Las Vegas (SNPO-N) para administrarla. [ 46 ] Los trabajadores de la construcción se alojaron en Mercury, Nevada . Posteriormente, se trajeron treinta remolques a Jackass Flats para crear una aldea llamada "Boyerville" en honor al supervisor, Keith Boyer. [ 21 ]
Kiwi
La primera fase del Proyecto Rover, Kiwi, recibió su nombre del ave no voladora del mismo nombre originaria de Nueva Zelanda, [ 21 ] ya que los motores de cohete Kiwi tampoco estaban diseñados para volar. Su función era verificar el diseño y probar el comportamiento de los materiales utilizados. [ 25 ] El programa Kiwi desarrolló una serie de motores nucleares de prueba no aptos para el vuelo, con el objetivo principal de mejorar la tecnología de los reactores refrigerados por hidrógeno. Entre 1959 y 1964, se construyeron y probaron un total de ocho reactores. Se consideró que Kiwi sirvió como prueba de concepto para los motores de cohete nucleares. [ 55 ]
Kiwi A

La primera prueba del Kiwi A, el primer modelo del motor de cohete Kiwi, se llevó a cabo en Jackass Flats el 1 de julio de 1959. El Kiwi A tenía un núcleo cilíndrico de 132,7 centímetros (50 pulgadas) de alto y 83,8 centímetros (30 pulgadas) de diámetro. Una isla central contenía agua pesada que actuaba como refrigerante y moderador para reducir la cantidad de óxido de uranio necesaria. Las barras de control estaban ubicadas dentro de la isla, que estaba rodeada por 960 placas de combustible de grafito cargadas con partículas de combustible de óxido de uranio de 4 micrómetros (0,00016 pulgadas) y una capa de 240 placas de grafito. [ 56 ] El núcleo estaba rodeado por 43,2 centímetros (20 pulgadas) de moderador de lana de grafito y encerrado en una carcasa de aluminio. Se utilizó hidrógeno gaseoso como propulsor, a un caudal de 3,2 kilogramos por segundo (7,1 lb/s) . Diseñado para producir 100 MW, el motor funcionó a 70 MW durante 5 minutos. La temperatura del núcleo fue mucho mayor de lo esperado, hasta 2900 K (2630 °C) , debido al agrietamiento de las placas de grafito, lo cual fue suficiente para provocar la fusión de parte del combustible. [ 56 ]
Se realizaron una serie de mejoras para la siguiente prueba, el 8 de julio de 1960, con el fin de crear un motor conocido como Kiwi A Prime. Los elementos combustibles se extruyeron en cilindros y se recubrieron con carburo de niobio ( NbC ) para resistir la corrosión. Seis de ellos se apilaron extremo con extremo y luego se colocaron en los siete orificios de los módulos de grafito para crear módulos de combustible de 137 centímetros (54 pulgadas) de longitud. En esta ocasión, el reactor alcanzó 88 MW durante 307 segundos, con una temperatura promedio de salida del gas del núcleo de 2178 K. La prueba se vio empañada por tres fallas en los módulos del núcleo, pero la mayoría sufrió daños mínimos o nulos. [ 57 ] La prueba fue observada por Anderson y los delegados de la Convención Nacional Demócrata de 1960. En la convención, Anderson añadió el apoyo a los cohetes nucleares a la plataforma del Partido Demócrata . [ 58 ]
La tercera y última prueba de la serie Kiwi A se llevó a cabo el 19 de octubre de 1960. El motor Kiwi A3 utilizaba elementos combustibles cilíndricos de 69 cm (27 pulgadas) de longitud en revestimientos de carburo de niobio. El plan de prueba requería que el motor funcionara a 50 MW (media potencia) durante 106 segundos, y luego a 92 MW durante 250 segundos. El nivel de potencia de 50 MW se alcanzó con un flujo de propulsor de 2,36 kilogramos por segundo (5,2 lb/s) , pero la temperatura de los gases de salida fue de 1861 K, que era más de 300 K superior a lo esperado. Después de 159 segundos, la potencia se incrementó a 90 MW. Para estabilizar la temperatura de los gases de salida en 2173 K, el caudal de combustible se incrementó a 3,81 kilogramos por segundo (8,4 lb/s) . Posteriormente se descubrió que el sistema de medición de potencia neutrónica estaba mal calibrado y que el motor funcionó a una potencia media de 112,5 MW durante 259 segundos, muy por encima de su capacidad de diseño. A pesar de ello, el núcleo sufrió menos daños que en la prueba Kiwi A Prime. [ 59 ]
Kiwi A fue considerado un éxito como prueba de concepto para motores de cohetes nucleares. Demostró que el hidrógeno podía calentarse en un reactor nuclear a las temperaturas requeridas para la propulsión espacial y que el reactor podía controlarse. [ 60 ] Finger procedió a solicitar ofertas de la industria para el desarrollo del Motor Nuclear para Aplicaciones en Vehículos de Cohete ( NERVA ) de la NASA, basado en el diseño del motor Kiwi. [ 61 ] A partir de entonces, Rover pasó a formar parte de NERVA; mientras que Rover se ocupaba de la investigación sobre el diseño de reactores de cohetes nucleares, NERVA se dedicaba al desarrollo y despliegue de motores de cohetes nucleares y a la planificación de misiones espaciales. [ 62 ]
Kiwi B

El objetivo original del LASL era un motor de cohete nuclear de 10 000 MW capaz de lanzar 11 000 kilogramos (25 000 lb) a una órbita de 480 kilómetros (300 mi) . Este motor recibió el nombre en clave de Cóndor, en honor a las grandes aves voladoras , en contraste con el pequeño kiwi, que no vuela. Sin embargo, en octubre de 1958, la NASA estudió la posibilidad de instalar una etapa superior nuclear en un misil Titan I y concluyó que, en esta configuración, una etapa superior con un reactor de 1000 MW podría poner 6400 kilogramos (14 000 lb) en órbita. Esta configuración se utilizó en los estudios del Nova y se convirtió en el objetivo del Proyecto Rover. LASL planeó realizar dos pruebas con Kiwi B, un diseño intermedio de 1000 MW, en 1961 y 1962, seguidas de dos pruebas de Kiwi C, un motor prototipo, en 1963, y realizar una prueba de reactor en vuelo (RIFT) de un motor de producción en 1964. [ 26 ]
Para Kiwi B, LASL realizó varios cambios de diseño para obtener el mayor rendimiento requerido. Se eliminó el núcleo central, se aumentó el número de orificios de refrigeración en cada elemento combustible hexagonal de cuatro a siete, y el reflector de grafito se reemplazó por uno de berilio de 20 centímetros (8 pulgadas) de espesor. [ 59 ] Aunque el berilio era más caro, más difícil de fabricar y altamente tóxico, también era mucho más ligero, lo que resultó en un ahorro de 1100 kilogramos (2500 libras) . Debido al retraso en la preparación de la celda de prueba C, algunas características destinadas a Kiwi C también se incorporaron en Kiwi B2. Estas incluían una boquilla refrigerada por hidrógeno líquido en lugar de agua, una nueva turbobomba Rocketdyne y un arranque bootstrap, [ 26 ] en el que el reactor se puso en marcha solo con su propia energía. [ 63 ]
La prueba del Kiwi B1A, la última en utilizar hidrógeno gaseoso en lugar de líquido, estaba programada inicialmente para el 7 de noviembre de 1961. La mañana de la prueba, una válvula con fugas provocó una violenta explosión de hidrógeno que derribó las paredes del hangar e hirió a varios trabajadores; muchos sufrieron perforación de tímpanos y uno se fracturó el talón. El reactor no sufrió daños, pero el vehículo de prueba y la instrumentación resultaron gravemente dañados, lo que obligó a posponer la prueba un mes. Un segundo intento, el 6 de diciembre, se abortó al descubrirse que muchos de los termopares de diagnóstico se habían instalado al revés. Finalmente, el 7 de diciembre, la prueba se puso en marcha. Estaba previsto que el motor funcionara a 270 MW durante 300 segundos, pero la prueba se interrumpió tras solo 36 segundos a 225 MW debido a que comenzaron a aparecer incendios de hidrógeno. Todos los termopares funcionaron correctamente, por lo que se obtuvo una gran cantidad de datos útiles. El flujo másico promedio de hidrógeno durante la parte de potencia máxima del experimento fue de 9,1 kilogramos por segundo (20 lb/s) . [ 64 ] [ 65 ]
LASL tenía previsto probar Kiwi B2, pero se encontraron fallos estructurales que requirieron un rediseño. La atención se centró entonces en B4, un diseño más radical, pero cuando intentaron colocar los cúmulos de combustible en el núcleo, se descubrió que los cúmulos tenían demasiados neutrones, y se temió que el reactor pudiera arrancar inesperadamente. El problema se atribuyó a la absorción de agua del aire normalmente seco de Nuevo México durante el almacenamiento. Se corrigió añadiendo más veneno de neutrones. Después de esto, los elementos combustibles se almacenaron en una atmósfera inerte. La División N decidió entonces probar con el motor B1 de reserva, B1B, a pesar de las serias dudas sobre él basadas en los resultados de la prueba B1A, para obtener más datos sobre el rendimiento y el comportamiento del hidrógeno líquido. [ 66 ] [ 67 ] En el arranque el 1 de septiembre de 1962, el núcleo vibró, pero alcanzó los 880 MW. Destellos de luz alrededor de la boquilla indicaron que se estaban expulsando pastillas de combustible; posteriormente se determinó que se habían expulsado once. En lugar de apagar el motor, los operarios giraron los tambores para compensar y pudieron seguir funcionando a máxima potencia durante unos minutos antes de que un sensor se activara, provocando un incendio y la parada del motor. Se cumplieron la mayoría de los objetivos de la prueba, aunque no todos. [ 67 ] [ 68 ]
La siguiente prueba de la serie fue la del Kiwi B4A el 30 de noviembre de 1962. Se observó un destello de llama cuando el reactor alcanzó los 120 MW. La potencia se incrementó a 210 MW y se mantuvo allí durante 37 segundos. Luego se incrementó a 450 MW, pero los destellos se volvieron frecuentes y el motor se apagó después de 13 segundos. Tras la prueba, se descubrió que el 97% de los elementos combustibles estaban rotos. [ 69 ] Se comprendieron las dificultades del uso de hidrógeno líquido y se diagnosticó que la causa de la vibración y las fallas era la fuga de hidrógeno en el espacio entre el núcleo y el recipiente de presión. [ 70 ] A diferencia de un motor químico que probablemente habría explotado tras sufrir daños, el motor se mantuvo estable y controlable en todo momento. Las pruebas demostraron que un motor de cohete nuclear sería robusto y fiable en el espacio. [ 67 ]

Kennedy visitó Los Alamos el 7 de diciembre de 1962 para una sesión informativa sobre el Proyecto Rover. [ 71 ] Fue la primera vez que un presidente de Estados Unidos visitaba un laboratorio de armas nucleares. Lo acompañaba una gran comitiva que incluía a Lyndon Johnson , McGeorge Bundy , Jerome Wiesner , Harold Brown , Donald Hornig , Glenn Seaborg , Robert Seamans, Harold Finger y Clinton Anderson. Al día siguiente, volaron a Jackass Flats, convirtiendo a Kennedy en el único presidente en visitar un sitio de pruebas nucleares. El Proyecto Rover había recibido 187 millones de dólares en 1962, y la AEC y la NASA solicitaban otros 360 millones en 1963. Kennedy llamó la atención sobre las dificultades presupuestarias de su administración, y sus funcionarios y asesores debatieron sobre el futuro del Proyecto Rover y del programa espacial en general. [ 72 ]
Finger reunió un equipo de especialistas en vibraciones de otros centros de la NASA y, junto con personal de LASL, Aerojet y Westinghouse, realizó una serie de pruebas de reactor de "flujo frío" utilizando elementos combustibles sin material fisionable. Se bombeó nitrógeno, helio e hidrógeno a través del motor para inducir vibraciones. Se determinó que estas eran causadas por la inestabilidad en la forma en que el líquido fluía a través de los espacios entre elementos combustibles adyacentes. Se realizaron una serie de cambios menores en el diseño para abordar el problema de la vibración. [ 73 ] [ 74 ] En la prueba Kiwi B4D del 13 de mayo de 1964, el reactor se puso en marcha automáticamente y funcionó brevemente a plena potencia (990 MW) sin problemas de vibración. La prueba tuvo que ser interrumpida después de 64 segundos cuando los tubos de la boquilla se rompieron y causaron una fuga de hidrógeno alrededor de la boquilla que inició un incendio. El enfriamiento se realizó con hidrógeno y 3266 kilogramos (7200 lb) de nitrógeno. En la inspección posterior a la prueba, no se encontraron elementos combustibles dañados. [ 75 ]
La prueba final fue la prueba Kiwi B4E el 28 de agosto, en la que el reactor funcionó durante doce minutos, ocho de ellos a plena potencia (937 MW). Esta fue la primera prueba en la que se utilizaron pastillas de carburo de uranio en lugar de óxido de uranio, con un recubrimiento de carburo de niobio de 0,0508 milímetros (0,002 pulgadas) . Se observó que estas se oxidaban al calentarse, provocando una pérdida de carbono en forma de monóxido de carbono . Para minimizar este efecto, las partículas se hicieron más grandes ( de 50 a 150 micrómetros (0,0020 a 0,0059 pulgadas) de diámetro) y se les aplicó un recubrimiento protector de grafito pirolítico . El 10 de septiembre, se reinició el Kiwi B4E y funcionó a 882 MW durante dos minutos y medio, demostrando la capacidad de un motor de cohete nuclear para apagarse y reiniciarse. [ 76 ] [ 77 ]
En septiembre de 1964, se realizaron pruebas con un motor Kiwi B4 y PARKA, un reactor Kiwi utilizado para pruebas en Los Alamos. Los dos reactores se operaron a 4,9 metros (16 pies) , 2,7 metros (9 pies) y 1,8 metros (6 pies) de distancia, y se tomaron mediciones de reactividad. Estas pruebas demostraron que los neutrones producidos por un reactor sí causaban fisiones en otro, pero que el efecto era insignificante: 3, 12 y 24 centavos respectivamente. Las pruebas demostraron que los motores de cohetes nucleares adyacentes no interferirían entre sí y, por lo tanto, podrían agruparse, al igual que los químicos. [ 66 ] [ 67 ] [ 78 ] [ 79 ]
Febo

El siguiente paso en el programa de investigación de LASL fue construir un reactor más grande. [ 80 ] El tamaño del núcleo determina la cantidad de hidrógeno, necesario para la refrigeración, que puede circular a través de él; y la cantidad de combustible de uranio que puede cargarse en él. [ 81 ] En 1960, LASL comenzó a planificar un reactor de 4000 MW con un núcleo de 89 centímetros (35 pulgadas) como sucesor de Kiwi. LASL decidió llamarlo Phoebe , en honor a la diosa griega de la Luna. Sin embargo, otro proyecto de armas nucleares ya tenía ese nombre, por lo que se cambió a Phoebus, un nombre alternativo para Apollo. Phoebus se topó con la oposición de SNPO, que quería un reactor de 20 000 MW. LASL pensó que las dificultades de construir y probar un reactor tan grande se estaban tomando a la ligera; solo para construir el diseño de 4000 MW se requería una nueva boquilla y una turbobomba mejorada de Rocketdyne. Se produjo un prolongado conflicto burocrático. [ 80 ]
En marzo de 1963, la SNPO y el Centro de Vuelos Espaciales Marshall (MSFC) encargaron a los Laboratorios de Tecnología Espacial (STL) la elaboración de un informe sobre el tipo de motor de cohete nuclear necesario para posibles misiones entre 1975 y 1990. Estas misiones incluían las primeras expediciones interplanetarias tripuladas de ida y vuelta (EMPIRE), sobrevuelos y maniobras planetarias, y un transbordador lunar. La conclusión de este informe de nueve volúmenes, entregado en marzo de 1965, y de un estudio posterior, fue que estas misiones podrían llevarse a cabo con un motor de 4100 MW con un impulso específico de 825 segundos (8,09 km/s) . Esto era considerablemente menor de lo que se había considerado necesario inicialmente. De esto surgió una especificación para un motor de cohete nuclear de 5000 MW, que se conoció como NERVA II. [ 82 ] [ 83 ]
LASL y SNPO llegaron a un acuerdo para que LASL construyera dos versiones del Phoebus: el pequeño Phoebus I, con un núcleo de 89 centímetros (35 pulgadas) para probar combustibles, materiales y conceptos avanzados, y el Phoebus II, más grande , de 140 centímetros (55 pulgadas) , que serviría como prototipo para NERVA II. Ambos se basarían en el Kiwi. El objetivo era lograr mayor potencia que la que se podía obtener con las unidades Kiwi y mantener la potencia máxima durante un período más prolongado. El trabajo en el Phoebus I comenzó en 1963, construyéndose un total de tres motores, denominados 1A, 1B y 1C. [ 80 ]

El Phoebus 1A fue probado el 25 de junio de 1965 y funcionó a plena potencia (1090 MW) durante diez minutos y medio. Desafortunadamente, la intensa radiación ambiental provocó que uno de los medidores de capacitancia arrojara lecturas erróneas. Ante un medidor que indicaba que el tanque de propulsor de hidrógeno estaba casi vacío y otro que indicaba que estaba a un cuarto de su capacidad, y sin saber cuál era la lectura correcta, los técnicos en la sala de control optaron por creer la que indicaba que estaba a un cuarto de su capacidad. Esta fue una decisión equivocada; el tanque estaba, en efecto, casi vacío y el propulsor se agotó. Sin hidrógeno líquido para enfriarlo, el motor, que operaba a 2270 K (2000 °C) , se sobrecalentó rápidamente y explotó. Aproximadamente una quinta parte del combustible fue expulsada; la mayor parte del resto se fundió. [ 80 ] [ 84 ]
El área de prueba se dejó sin tratar durante seis semanas para dar tiempo a que los productos de fisión altamente radiactivos se desintegraran. Se utilizó una niveladora con una escobilla de goma en su arado para amontonar la tierra contaminada y poder recogerla. Cuando esto no funcionó, se utilizó una aspiradora de 150 kW (200 hp) para recoger la tierra. Los fragmentos en la plataforma de prueba fueron recogidos inicialmente por un robot, pero este era demasiado lento, y se utilizaron hombres con trajes protectores, que recogían los trozos con pinzas y los dejaban caer en latas de pintura rodeadas de plomo y montadas sobre pequeñas plataformas con ruedas. Eso solucionó la contaminación principal; el resto se eliminó raspando, barriendo, fregando, lavando o pintando. Todo el esfuerzo de descontaminación requirió cuatrocientas personas, dos meses para completarse y costó 50.000 dólares. La dosis promedio de radiación recibida por los trabajadores de limpieza fue de 0,66 rems (0,0066 Sv ) , mientras que la máxima fue de 3 rems (0,030 Sv) . LASL limitó el salario de sus empleados a 5 rems (0,050 Sv) por año. [ 80 ]
La siguiente prueba fue la del Phoebus 1B. Se puso en marcha el 10 de febrero de 1967 y funcionó a 588 MW durante dos minutos y medio. Para evitar que se repitiera el percance ocurrido con el Phoebus 1A, se instaló un dewar criogénico de almacenamiento de alta presión de 30 000 litros (8 000 galones estadounidenses ) y 5 200 kilopascales (750 psi ) para proporcionar un suministro de hidrógeno líquido de emergencia en caso de fallo del sistema de suministro de propulsor principal. El 23 de febrero de 1967 se realizó una segunda prueba, que duró 46 minutos, de los cuales 30 minutos superaron los 1 250 MW, alcanzando una potencia máxima de 1 450 MW y una temperatura del gas de 2 444 K (2 171 °C) . La prueba fue un éxito, pero se detectó cierta corrosión. [ 85 ]
A esto le siguió una prueba del Phoebus 2A de mayor tamaño. Se realizó una prueba preliminar de baja potencia (2000 MW) el 8 de junio de 1968, y luego una prueba de potencia máxima el 26 de junio. El motor funcionó durante 32 minutos, 12,5 minutos de los cuales superaron los 4000 MW, y se alcanzó una potencia máxima de 4082 MW. En ese momento, la temperatura de la cámara era de 2256 K (1983 °C) y el caudal total era de 118,8 kilogramos por segundo (262 lb/s) . No se pudo alcanzar el nivel de potencia máximo porque en ese momento las temperaturas de los segmentos de la banda de sujeción que conectaban el núcleo con el recipiente de presión alcanzaron su límite de 417 K (144 °C) . Se realizó una tercera prueba el 18 de julio, alcanzando una potencia de 1280 MW, y una cuarta más tarde ese mismo día, con una potencia de alrededor de 3500 MW. [ 86 ] [ 87 ] Una anomalía desconcertante fue que la reactividad fue menor de lo esperado. El hidrógeno líquido podría haber enfriado demasiado el reflector de berilio, provocando que de alguna manera perdiera algunas de sus propiedades moderadoras. Alternativamente, existen dos isómeros de espín del hidrógeno : el parahidrógeno es un moderador de neutrones, pero el ortohidrógeno es un veneno, y tal vez el alto flujo de neutrones transformó parte del parahidrógeno en ortohidrógeno. [ 88 ]
Papamoscas norteamericano
Pewee fue la tercera fase del Proyecto Rover. LASL volvió a usar nombres de aves, nombrándolo en honor al pewee norteamericano . Era pequeño, fácil de probar y de un tamaño conveniente para misiones científicas interplanetarias no tripuladas o pequeños "remolcadores" nucleares. Su propósito principal era probar elementos de combustible avanzados sin el costo de un motor de tamaño completo. El desarrollo de Pewee tardó solo diecinueve meses desde que SNPO lo autorizó en junio de 1967 hasta su primera prueba a gran escala en diciembre de 1968. [ 89 ]
Pewee tenía un núcleo de 53 centímetros (21 pulgadas) que contenía 36 kilogramos (80 libras) de elementos combustibles 402 y 132 elementos de soporte. De los elementos combustibles 402, 267 fueron fabricados por LASL, 124 por el Laboratorio Astronuclear Westinghouse y 11 en el Complejo de Seguridad Nacional Y-12 de la AEC . La mayoría estaban recubiertos con carburo de niobio ( NbC ), pero algunos estaban recubiertos con carburo de circonio ( ZrC ); la mayoría también tenía un recubrimiento protector de molibdeno. Había preocupación de que un reactor tan pequeño no pudiera alcanzar la criticidad , por lo que se añadió hidruro de circonio (un buen moderador) y se aumentó el espesor del reflector de berilio a 20 centímetros (8 pulgadas) . Había nueve tambores de control. El reactor completo, incluyendo el recipiente de presión de aluminio, pesaba 2570 kilogramos (5670 libras) . [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]
Pewee 1 se puso en marcha tres veces: para comprobación el 15 de noviembre de 1968, para una prueba de corta duración el 21 de noviembre y para una prueba de resistencia a plena potencia el 4 de diciembre. La prueba de plena potencia tuvo dos pausas durante las cuales el reactor funcionó a 503 MW (1,2 MW por elemento combustible). La temperatura media de los gases de salida fue de 2550 K (2280 °C) , la más alta jamás registrada por el Proyecto Rover. La temperatura de la cámara fue de 2750 K (2480 °C) , otro récord. La prueba demostró que el carburo de circonio era más eficaz para prevenir la corrosión que el carburo de niobio. No se había hecho ningún esfuerzo particular para maximizar el impulso específico, ya que ese no era el propósito del reactor, pero Pewee alcanzó un impulso específico en el vacío de 901 segundos (8,84 km/s) , muy por encima del objetivo para NERVA. También lo fue la densidad de potencia media de 2340 MW/ m³ . La densidad máxima alcanzó los 5200 MW/m³ . Esto fue un 20 % superior a la de Phoebus 2A, y la conclusión fue que podría ser posible construir un motor aún más ligero y potente. [ 90 ] [ 91 ]
LASL tardó un año en modificar el diseño de Pewee para resolver el problema del sobrecalentamiento. En 1970, Pewee 2 se preparó en la celda de prueba C para una serie de pruebas. LASL planeó hacer doce carreras a plena potencia a 2427 K (2154 °C) , cada una de diez minutos de duración, con un enfriamiento a 540 K (267 °C) entre cada prueba. SNPO ordenó a LASL que devolviera Pewee a E-MAD. [ 89 ] El problema era la Ley Nacional de Política Ambiental (NEPA), que el presidente Richard Nixon había promulgado el 1 de enero de 1970. [ 92 ] SNPO creía que las emisiones radiactivas estaban dentro de las directrices y no tendrían efectos ambientales adversos, pero un grupo ambientalista afirmó lo contrario. [ 89 ] SNPO preparó un estudio completo de impacto ambiental para las próximas pruebas del horno nuclear. [ 93 ] Mientras tanto, LASL planeó una prueba de Pewee 3. Esto se probaría horizontalmente, con un depurador para eliminar los productos de fisión de la columna de escape. También se planeó un Pewee 4 para probar combustibles y un Pewee 5 para probar postquemadores. Ninguna de estas pruebas se llevó a cabo. [ 89 ]
Horno nuclear

El Horno Nuclear era un pequeño reactor, apenas una décima parte del tamaño de Pewee, diseñado para proporcionar un medio económico para realizar pruebas. Originalmente, se iba a utilizar en Los Alamos, pero el costo de crear un sitio de prueba adecuado era mayor que el de usar la Celda de Prueba C. Tenía un pequeño núcleo de 146 centímetros (57 pulgadas) de largo y 34 centímetros (13 pulgadas) de diámetro que contenía 49 elementos combustibles hexagonales. De estos, 47 eran celdas de combustible "compuestas" de carburo de uranio-carburo de circonio y dos contenían un grupo de siete elementos de celdas de combustible de carburo de circonio-uranio puro de un solo orificio. Ninguno de los dos tipos se había probado previamente en un reactor de propulsión de cohetes nucleares. En total, se trataba de unos 5 kg de uranio-235 altamente enriquecido (93%). Para lograr la criticidad con tan poco combustible, el reflector de berilio tenía más de 36 centímetros (14 pulgadas) de espesor. Cada celda de combustible tenía su propia camisa de agua de refrigeración y moderación. Se utilizó hidrógeno gaseoso en lugar de líquido para ahorrar dinero. Se desarrolló un depurador . [ 89 ] [ 91 ] [ 94 ]
Los objetivos de las pruebas del Horno Nuclear fueron verificar el diseño y probar los nuevos combustibles compuestos. Entre el 29 de junio y el 27 de julio de 1972, el NF-1 se operó cuatro veces a plena potencia (44 MW) y una temperatura de salida del gas combustible de 2444 K (2171 °C) durante un total de 108,8 minutos. El NF-1 se operó 121,1 minutos con una temperatura de salida del gas combustible superior a 2222 K (1949 °C) . También alcanzó una densidad de potencia promedio de 4500 a 5000 MW/m³ con temperaturas de hasta 2500 K (2230 °C) . [ 95 ] El depurador funcionó bien, aunque se produjo una pequeña fuga de kriptón-85 . La Agencia de Protección Ambiental pudo detectar cantidades mínimas, pero ninguna fuera del rango de prueba. [ 89 ]
Las pruebas indicaron que las celdas de combustible compuestas serían adecuadas para un funcionamiento de dos a seis horas a 2500 a 2800 K (2230 a 2530 °C) , mientras que los combustibles de carburo ofrecerían un rendimiento similar a 3000 a 3200 K (2730 a 2930 °C) , suponiendo que los problemas de agrietamiento pudieran superarse con un diseño mejorado. Para diez horas de funcionamiento, la matriz de grafito estaría limitada a 2200 a 2300 K (1930 a 2030 °C) , el compuesto podría alcanzar los 2480 K (2210 °C) y el carburo puro los 3000 K (2730 °C) . Por lo tanto, el programa de pruebas concluyó con tres formas viables de celda de combustible. [ 94 ]
Pruebas de seguridad
En mayo de 1961, Kennedy dio su aprobación para las pruebas de reactores en vuelo (RIFT). En respuesta, el LASL estableció una Oficina de Seguridad de Vuelo del Rover, y el SNPO creó un Panel de Seguridad de Vuelo del Rover, que apoyó las RIFT. La planificación de las RIFT de la NASA contemplaba que hasta cuatro reactores cayeran al océano Atlántico. El LASL tuvo que determinar qué sucedería cuando un reactor impactara contra el agua a varios miles de kilómetros por hora. En particular, necesitaba saber si alcanzaría la criticidad o explotaría al inundarse con agua de mar, un moderador de neutrones. También existía preocupación por lo que sucedería al hundirse 3,2 kilómetros (2 millas) hasta el fondo del Atlántico, donde estaría sometido a una presión aplastante. El posible impacto en la vida marina, y de hecho qué vida marina existía allí, debían considerarse. [ 96 ]

LASL comenzó sumergiendo elementos de combustible en agua. Luego realizó una prueba de entrada de agua simulada (SWET) durante la cual se utilizó un pistón de 30 centímetros (12 pulgadas) para forzar el agua en un reactor lo más rápido posible. Para simular un impacto, se dejó caer un reactor simulado sobre concreto desde una altura de 23 metros (75 pies) . Rebotó 4,6 metros (15 pies) en el aire; el recipiente de presión se abolló y muchos elementos de combustible se agrietaron, pero los cálculos mostraron que no llegaría a ser crítico ni explotaría. Sin embargo, RIFT involucró a NERVA sentado sobre un cohete Saturno V de 91 metros (300 pies) de altura. Para averiguar qué pasaría si el propulsor explotara en la plataforma de lanzamiento, se estrelló un reactor simulado contra una pared de concreto usando un trineo de cohete . El núcleo se comprimió un 5%, y los cálculos mostraron que, efectivamente, alcanzaría la criticidad y explotaría con una fuerza equivalente a unos 2 kilogramos (4,4 lb) de explosivo de alta potencia, lo que probablemente sería insignificante comparado con el daño causado por la explosión de un propulsor. Resulta inquietante que esta fuerza fuera mucho menor que los 11 kilogramos (25 lb) predichos teóricamente, lo que indica que el modelo matemático era deficiente. [ 96 ]
Cuando se determinó que NERVA no era necesario para el Apolo y, por lo tanto, no se necesitaría hasta la década de 1970, RIFT se pospuso, [ 72 ] y luego se canceló por completo en diciembre de 1963. Aunque se discutió con frecuencia su reincorporación, nunca ocurrió. [ 97 ] Esto eliminó la necesidad de más SWET, pero persistieron las preocupaciones sobre la seguridad de los motores de cohetes nucleares. Si bien un impacto o una explosión no podían causar una explosión nuclear, LASL estaba preocupado por lo que sucedería si el reactor se sobrecalentaba. Se ideó una prueba para crear la catástrofe más devastadora posible. Se ideó una prueba especial conocida como Kiwi-TNT. Normalmente, los tambores de control giraban a una velocidad máxima de 45° por segundo hasta la posición completamente abierta a 180°. Esto era demasiado lento para la explosión devastadora que se buscaba, por lo que para Kiwi-TNT se modificaron para girar a 4000° por segundo. La prueba se llevó a cabo el 12 de enero de 1965. Kiwi-TNT se montó en un vagón de ferrocarril de plataforma, apodado Toonerville Trolley , y se estacionó a 190 metros (630 pies) de la celda de prueba C. Los tambores se hicieron girar a la velocidad máxima de 4000° por segundo y el calor vaporizó parte del grafito, lo que provocó una explosión colorida que lanzó elementos combustibles por los aires, seguida de una nube altamente radiactiva con una radiactividad estimada en 1,6 megacurios (59 PBq ) . [ 96 ]
La mayor parte de la radiactividad en la nube estaba en forma de cesio-138 , estroncio-92 , yodo-134 , circonio-97 y criptón-88 , que tienen vidas medias cortas medidas en minutos u horas. La nube se elevó 790 metros (2600 pies) en el aire y se desplazó hacia el suroeste, pasando finalmente sobre Los Ángeles y adentrándose en el mar. Fue rastreada por dos aeronaves del Servicio de Salud Pública (PHS) que tomaron muestras. El PHS había entregado dosímetros de película a las personas que vivían en el borde del área de prueba y tomó muestras de leche de granjas lecheras en la trayectoria de la nube. Estas revelaron que la exposición de las personas que vivían fuera del Sitio de Pruebas de Nevada fue insignificante. La lluvia radiactiva en el suelo también se disipó rápidamente. Los equipos de búsqueda rastrearon el área recogiendo escombros. El más grande fue un trozo del recipiente a presión que pesaba 67 kilogramos (148 libras) que se encontró a 230 metros (750 pies) de distancia; Otro, que pesaba 44 kilogramos (98 lb) , fue encontrado a 520 metros (1700 pies) de distancia. [ 98 ]

La explosión fue relativamente pequeña, estimada como el equivalente a entre 90 y 140 kilogramos (200 y 300 libras) de pólvora negra . Fue mucho menos violenta que una explosión de TNT , de ahí los grandes fragmentos encontrados. La prueba demostró que el reactor no podía destruirse en el espacio haciéndolo estallar en pequeños pedazos, por lo que se tuvo que encontrar otro método para deshacerse de él al final de una misión espacial. LASL decidió aprovechar la capacidad de reinicio del motor para deshacerse de un cohete nuclear disparándolo a una órbita alta, donde permanecería indefinidamente o, mediante desintegración orbital, regresaría a la Tierra siglos después, momento en el que la mayor parte de la radiactividad se habría disipado. La Unión Soviética protestó por la prueba, alegando que era una prueba nuclear que violaba el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares , pero Estados Unidos respondió que se trataba de una prueba subcrítica sin explosión. Sin embargo, el Departamento de Estado estaba muy descontento con la designación de LASL como Kiwi-TNT, ya que esto implicaba una explosión y dificultaba acusar a los soviéticos de violar el tratado. [ 98 ]
Se produjeron tres accidentes mortales durante el Proyecto Rover. Un trabajador falleció en un accidente de tráfico. Otro murió a causa de quemaduras tras derramar gasolina sobre cintas informáticas clasificadas y prenderles fuego para deshacerse de ellas. Un tercero entró en un tanque de nitrógeno y murió asfixiado. [ 99 ]
Cancelación
Rover siempre fue un proyecto controvertido, y defenderlo de las críticas requirió una serie de batallas burocráticas y políticas. En 1961, la Oficina de Presupuesto (BOB) y el Comité Asesor Científico del Presidente (PSAC) presentaron una impugnación contra Rover debido a su costo, pero esta presión fue derrotada por el JCAE, donde Rover contaba con el firme apoyo de Anderson y Howard Cannon en el Senado , y de Overton Brooks y James G. Fulton en la Cámara de Representantes . [ 100 ] El PSAC y la BOB lo intentaron de nuevo en 1964; las solicitudes de presupuesto de la NASA se redujeron, pero Rover salió ileso. [ 101 ]
A finales de la década de 1960, el creciente costo de la guerra de Vietnam ejerció una mayor presión sobre los presupuestos. Los miembros recién elegidos de la Cámara de Representantes observaron a Rover y NERVA con ojo crítico, viéndolos como la puerta de entrada a un costoso programa de exploración del espacio profundo posterior al Apolo, de duración indefinida. Sin embargo, Rover conservó el apoyo influyente de Anderson, Cannon y Margaret Chase Smith de Maine en el Senado, y de Fulton y George P. Miller (quien reemplazó a Brooks como presidente del Comité de Ciencia, Espacio y Tecnología de la Cámara de Representantes de los Estados Unidos tras la muerte de este último en septiembre de 1961) en la Cámara de Representantes. [ 102 ]
El Congreso desfinanció NERVA II en el presupuesto de 1967, pero Johnson necesitaba el apoyo de Anderson para su legislación sobre Medicare , y el 7 de febrero de 1967 accedió a proporcionar fondos para NERVA II de su propio fondo de contingencia. [ 103 ] Klein, quien había sucedido a Finger como jefe de la SNPO en 1967, se enfrentó a dos horas de interrogatorio sobre NERVA II ante el Comité de Ciencia y Astronáutica de la Cámara de Representantes , que había recortado el presupuesto de la NASA. La desfinanciación de NERVA II ahorró 400 millones de dólares, principalmente en nuevas instalaciones que serían necesarias para probarlo. La AEC y la NASA accedieron, porque se había demostrado que NERVA I podía realizar las misiones previstas para NERVA II. [ 104 ]

NERVA tenía muchas misiones potenciales. La NASA consideró usar el Saturno V y NERVA en un " Gran Tour " del Sistema Solar. Entre 1976 y 1980 se produjo una rara alineación de los planetas, que ocurre cada 174 años, lo que permitió que una nave espacial visitara Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Con NERVA, esa nave espacial podría pesar hasta 24 000 kilogramos (52 000 lb) . Esto suponiendo que NERVA tuviera un impulso específico de solo 825 segundos (8,09 km/s) ; 900 segundos (8,8 km/s) era más probable, y con eso podría colocar una estación espacial de 77 000 kilogramos (170 000 lb), del tamaño del Skylab , en órbita alrededor de la Luna. Se podrían realizar viajes repetidos a la Luna con NERVA impulsando un transbordador nuclear. También estaba la misión a Marte, que Klein evitó mencionar diplomáticamente, [ 105 ] sabiendo que, incluso después del alunizaje del Apolo 11 , la idea era impopular entre el Congreso y el público en general. [ 106 ]
La presión para reducir costos aumentó después de que Nixon reemplazara a Johnson como presidente en 1969. La financiación del programa de la NASA se redujo en el presupuesto de 1969, cerrando la línea de producción del Saturno V, [ 107 ] pero NERVA se mantuvo. Klein respaldó un plan por el cual el Transbordador Espacial transportaba un motor NERVA a la órbita, luego regresaba por el combustible y la carga útil. Esto podía repetirse, ya que el motor NERVA era reiniciable. [ 105 ] [ 108 ] NERVA mantuvo el apoyo inquebrantable de Anderson, Cannon y Smith, pero Anderson estaba envejeciendo y cansado, y ahora delegó muchas de sus funciones en Cannon. NERVA recibió $88 millones en el año fiscal (AF) 1970 y $85 millones en el AF 1971, con fondos provenientes conjuntamente de la NASA y la AEC. [ 109 ]
Cuando Nixon intentó cancelar NERVA en 1971, los votos de Anderson y Smith acabaron con el proyecto favorito de Nixon, el transporte supersónico Boeing 2707. Fue una derrota aplastante para el presidente. [ 110 ] En el presupuesto para el año fiscal 1972, se recortó la financiación para el transbordador, pero NERVA sobrevivió. [ 111 ] Aunque su solicitud presupuestaria era de tan solo 17,4 millones de dólares, el Congreso asignó 69 millones; Nixon gastó solo 29 millones. [ 109 ] [ a ]
En 1972, el Congreso volvió a apoyar el proyecto NERVA. Una coalición bipartidista encabezada por Smith y Cannon asignó 100 millones de dólares para su desarrollo; se estimó que un motor NERVA que cupiera en la bodega de carga del transbordador costaría alrededor de 250 millones de dólares a lo largo de una década. Se añadió la condición de que no se volverían a reasignar fondos de NERVA para financiar otras actividades de la NASA. Sin embargo, la administración Nixon decidió cancelar NERVA. El 5 de enero de 1973, la NASA anunció la cancelación de NERVA (y, por lo tanto, del Rover). [ 112 ]
El personal del LASL y de la Oficina de Sistemas Nucleares Espaciales (SNSO), nombre con el que se había rebautizado la SNPO en 1970, [ 113 ] quedaron atónitos; el proyecto para construir un pequeño NERVA que pudiera transportarse a bordo del Transbordador Espacial había avanzado satisfactoriamente. Los despidos comenzaron de inmediato y la SNSO fue disuelta en junio. [ 112 ] Tras 17 años de investigación y desarrollo, los proyectos Rover y NERVA habían gastado aproximadamente 1400 millones de dólares, pero ningún cohete de propulsión nuclear ha volado jamás. [ 114 ]
Legado
propulsión de cohetes nucleares
En 1983, la Iniciativa de Defensa Estratégica ("Guerra de las Galaxias") identificó misiones que podrían beneficiarse de cohetes más potentes que los cohetes químicos, y algunas que solo podrían llevarse a cabo con dichos cohetes. [ 115 ] En febrero de 1983 se creó un proyecto de propulsión nuclear, SP-100, con el objetivo de desarrollar un sistema de cohete nuclear de 100 kW. El concepto incorporaba un reactor de lecho de guijarros , un concepto desarrollado por James R. Powell en el Laboratorio Nacional de Brookhaven , que prometía temperaturas más altas y un rendimiento mejorado con respecto a NERVA. [ 116 ] De 1987 a 1991 fue financiado como un proyecto secreto con nombre en clave Proyecto Timber Wind . [ 117 ]
El cohete propuesto se amplió posteriormente a un diseño más grande después de que el proyecto se transfiriera al programa de Propulsión Térmica Nuclear Espacial (SNTP) en el Laboratorio Phillips de la Fuerza Aérea en octubre de 1991. La NASA realizó estudios como parte de su Iniciativa de Exploración Espacial (SEI), pero consideró que el SNTP no ofrecía una mejora suficiente con respecto a los cohetes nucleares desarrollados por el Proyecto Rover, y que no era necesario para ninguna misión de la SEI. El programa SNTP se canceló en enero de 1994, [ 116 ] después de que se gastaran aproximadamente 200 millones de dólares . [ 118 ]
En 2013, en el MSFC se estudió un motor para viajes interplanetarios desde la órbita terrestre a la órbita de Marte y viceversa, centrándose en los motores de cohetes térmicos nucleares. [ 119 ] Dado que son al menos dos veces más eficientes que los motores químicos más avanzados, permiten tiempos de transferencia más rápidos y una mayor capacidad de carga. La menor duración del vuelo, estimada en 3-4 meses con motores nucleares, [ 120 ] en comparación con 8-9 meses usando motores químicos, [ 121 ] reduciría la exposición de la tripulación a los rayos cósmicos potencialmente dañinos y difíciles de proteger . [ 122 ] Los motores nucleares como el Pewee del Proyecto Rover fueron seleccionados en la Arquitectura de Referencia de Diseño de Marte (DRA), [ 123 ] y el 22 de mayo de 2019, el Congreso aprobó 125 millones de dólares en financiación para el desarrollo de cohetes nucleares. [ 124 ] [ 125 ] En enero de 2023, la NASA y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) anunciaron que colaborarían en el desarrollo de un motor de cohete termonuclear que se probaría en el espacio para desarrollar la capacidad de propulsión nuclear para su uso en misiones tripuladas de la NASA a Marte. [ 126 ]
Rehabilitación del sitio

Con el cierre de la SNPO, la Oficina de Operaciones de Nevada del Departamento de Energía asumió la responsabilidad de Jackass Flats. [ 127 ] Se llevó a cabo un estudio radiológico en 1973 y 1974, [ 128 ] seguido de una limpieza de la grave contaminación radiactiva en la RMSF, R-MAD, ETS-1 y las celdas de prueba A y C. El E-MAD todavía estaba en uso y no formó parte del esfuerzo. Entre 1978 y 1984, se gastaron $ 1,624 millones en actividades de limpieza. [ 129 ] Los elementos altamente contaminados retirados incluyeron una boquilla Phoebus y dos escudos de reactor de 24,9 toneladas (27,5 toneladas cortas ) y dos de 14 toneladas (15 toneladas cortas) del R-MAD. Estos materiales fueron llevados a sitios de gestión de residuos radiactivos en el Área 3 y el Área 5. También se retiraron para su eliminación unos 5563 metros cúbicos (7276 yd³ ) de suelo contaminado y 4250 metros cúbicos (5560 yd³ ) de metal y hormigón contaminados. Otros 631 metros cúbicos (825 yd³ ) de metal y equipos limpios fueron retirados como material de recuperación. [ 130 ]
La celda de prueba A fue demolida entre diciembre de 2004 y julio de 2005. Esto implicó la eliminación de materiales tóxicos y peligrosos, incluyendo amianto y láminas que rodeaban conductos eléctricos con niveles de cadmio superiores a los límites permitidos para vertederos. Se encontró pintura con bifenilos policlorados (PCB), pero sin superar dichos límites. Se hallaron y retiraron aproximadamente 27 toneladas (30 toneladas cortas) de ladrillos de plomo en diversos lugares. También se detectaron trazas de uranio y plutonio. El principal desafío fue la demolición del muro de protección de hormigón, que contenía trazas de europio -151, europio-153 y cobalto -59, los cuales, por absorción de neutrones, se transforman en europio-152, europio-154 y cobalto-60 radiactivos. Se tuvo especial cuidado para evitar la generación de polvo radiactivo peligroso durante la demolición del muro, que se llevó a cabo con explosivos. [ 49 ] [ 131 ] La demolición de las instalaciones de R-MAD comenzó en octubre de 2009 y se completó en agosto de 2010. [ 132 ]
Resumen de la prueba del reactor
Fuente: [ 1 ]
Notas a pie de página
- ↑ Con la Ley de Control Presupuestario y de Retención de Fondos del Congreso de 1974 , el Congreso despojaría al presidente de esta capacidad. [ 109 ]
Notas
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