Proyecto Rover - Project Rover

kiwi

Kiwi A Prime en banco de pruebas
País de origen	Estados Unidos
Diseñador	Laboratorio Científico de Los Alamos
Fabricante	Laboratorio Científico de Los Alamos
Solicitud	Investigación y desarrollo
Sucesor	NERVA
Estado	Retirado
Motor de combustible líquido
Propulsor	Hidrógeno líquido
Rendimiento
Empuje (vac.)	245.000  N (55.000  lbf )
Presión de la cámara	3.450 kilopascales (500  psi )
Yo sp (vac.)	834 segundos (8,18 km / s)
Quemar tiempo	480 segundos
Reinicia	1
Dimensiones
Largo	140 centímetros (54 pulgadas) (núcleo)
Diámetro	80 centímetros (32 pulgadas) (núcleo)
Reactor nuclear
Operacional	1959 al 1964
Estado	Fuera de servicio
Principales parámetros del núcleo del reactor.
Combustible ( material fisionable )	Uranio altamente enriquecido
Estado de combustible	Sólido
Espectro de energía de neutrones	Térmico
Método de control primario	Tambores de control
Moderador principal	Grafito nuclear
Refrigerante primario	Hidrógeno líquido
Uso del reactor
Energía (térmica)	937 MW
Referencias
Referencias
Notas	Los datos corresponden a la versión Kiwi B4E.

El Proyecto Rover fue un proyecto de los Estados Unidos para desarrollar un cohete termosolar que funcionó desde 1955 hasta 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 administrado por la Oficina de Propulsión Nuclear Espacial (SNPO), una agencia conjunta de la Comisión de Energía Atómica (AEC) y la NASA . Project Rover se convirtió en parte del proyecto Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application ( NERVA ) de la NASA y, en adelante, se ocupó de la investigación sobre el diseño de reactores de cohetes nucleares, mientras que NERVA involucró el desarrollo general y el despliegue de motores de cohetes nucleares y la planificación de misiones espaciales.

Los reactores nucleares para el Proyecto Rover se construyeron en el Área Técnica 18 de LASL (TA-18), también conocida como el Sitio del Cañón Pajarito. Fueron probados allí a muy baja potencia y luego enviados al Área 25 (conocida como Jackass Flats) en el sitio de pruebas de Nevada de AEC . La División N de LASL en TA-46 realizó pruebas de elementos combustibles y otras ciencias de los materiales utilizando varios hornos y más tarde un reactor de prueba personalizado, el Nuclear Furnace. 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, conforme al menor presupuesto disponible después de 1968.

Los reactores fueron alimentados con uranio altamente enriquecido , con hidrógeno líquido utilizado como propulsor de cohetes y refrigerante de reactor. Se utilizaron grafito nuclear y berilio como moderadores de neutrones y reflectores de neutrones . Los motores estaban controlados por 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 también aumenta la potencia del reactor sin necesidad de ajustar los tambores. Las pruebas del Proyecto Rover demostraron que los motores de los cohetes nucleares podían apagarse y reiniciarse muchas veces sin dificultad, y podían agruparse si se deseaba más impulso. Su impulso específico (eficiencia) fue aproximadamente el doble que el de los cohetes químicos.

El cohete nuclear contó con un fuerte apoyo 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 estaba ubicado 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 que se volvieron cada vez más serios en la reducción de costos que prevaleció cuando la Guerra de Vietnam se intensificó y después de que la carrera espacial terminó con el aterrizaje del Apolo 11 en la Luna. Los proyectos Rover y NERVA fueron cancelados por su objeción en enero de 1973, y ninguno de los reactores voló jamás.

Principios

Conceptos tempranos

Durante la Segunda Guerra Mundial , algunos científicos del Proyecto Manhattan 's Laboratorio de Los Alamos , incluyendo Stan Ulam , Frederick Reines y Frédéric de Hoffmann , especularon sobre el desarrollo de cohetes de propulsión nuclear, y en 1947, Ulam y Cornelius José 'CJ' Everett escribió un artículo en el que consideraban el uso de bombas atómicas como medio de propulsión de cohetes. Esto se convirtió en la base del Proyecto Orion . 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 estuvieron de acuerdo en que aún no era práctico, Tsien especuló que los cohetes de propulsión nuclear podrían algún día ser lo suficientemente poderosos como para poner satélites en órbita.

En 1947, el Laboratorio de Aerofísica de Aviación de América del Norte publicó un gran artículo que examina muchos de los problemas relacionados con el uso de reactores nucleares para propulsar aviones y cohetes. El estudio estaba dirigido específicamente a una aeronave con un alcance de 16.000 kilómetros (10.000 millas) y una carga útil de 3.600 kilogramos (8.000 lb), y cubrió turbobombas , estructura, tanque, aerodinámica y diseño de reactores nucleares . Llegaron a la conclusión de que el hidrógeno era mejor como propulsor y que el grafito sería el mejor moderador de neutrones , pero asumieron una temperatura de funcionamiento de 3150 ° C (5700 ° F), que estaba más allá de las capacidades de los materiales disponibles. La conclusión fue que los cohetes de propulsión nuclear aún no eran prácticos.

La revelación pública de la energía atómica al final de la guerra generó mucha especulación, y en el Reino Unido, Val Cleaver , el ingeniero jefe de la división de cohetes en De Havilland , y Leslie Shepard , físico nuclear de la Universidad de Cambridge , consideró de forma independiente el problema de la propulsión de cohetes nucleares. Se convirtieron en colaboradores, y en una serie de artículos publicados en el Journal of the British Interplanetary Society en 1948 y 1949, describieron el diseño de un cohete de propulsión nuclear con un intercambiador de calor de grafito de núcleo sólido . Llegaron a la conclusión a regañadientes de que los cohetes nucleares eran esenciales para la exploración del espacio profundo, pero aún no eran técnicamente viables.

Informe Bussard

En 1953, Robert W. Bussard , un físico que trabajaba en el proyecto 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, el de Tsien, y un informe de febrero de 1952 de ingenieros de Consolidated Vultee . Usó datos y análisis de cohetes químicos existentes, junto con especificaciones para componentes existentes. Sus cálculos se basaron en el estado del arte de los reactores nucleares. Lo más importante es que el papel examinó varios rangos y tamaños de carga útil; Las conclusiones pesimistas de Consolidated habían sido en parte el resultado de considerar solo una pequeña gama de posibilidades.

El resultado, Energía nuclear para propulsión de cohetes , indicó que el uso de propulsión nuclear en cohetes no está limitado por consideraciones de energía de combustión y, por lo tanto, se pueden usar propelentes de bajo peso molecular, como el hidrógeno puro . Mientras que un motor convencional podría producir una velocidad de escape de 2.500 metros por segundo (8.300 pies / s), un motor nuclear de hidrógeno podría alcanzar una velocidad de escape de 6.900 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 por el propulsor de hidrógeno.

El estudio de Bussard tuvo poco impacto al principio, principalmente porque solo se imprimieron 29 copias, y estaba clasificado como Datos restringidos y, por lo tanto, solo podía ser leído por alguien con la autorización de seguridad requerida. En diciembre de 1953, se publicó en el Journal of Reactor Science and Technology de Oak Ridge . Aunque todavía clasificado, esto le dio una circulación más amplia. Darol Froman , subdirector del Laboratorio Científico de Los Alamos (LASL), y Herbert York , director del Laboratorio de Radiación de la Universidad de California en Livermore , estaban interesados ​​y establecieron comités para investigar la propulsión de cohetes nucleares. Froman trajo a Bussard a Los Alamos para ayudar durante una semana al mes.

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 , el subdirector de Livermore era su presidente, y sus otros miembros eran Norris Bradbury de LASL; Edward Teller y Herbert York de Livermore; Abe Silverstein , director asociado del Laboratorio de Propulsión de Vuelo de Lewis del Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA) ; y Allen F. Donovan de Ramo-Wooldridge .

Después de escuchar información sobre varios diseños, el comité de Mills recomendó que prosiga el desarrollo, 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 una nueva denominada División N en Los Alamos bajo el liderazgo de Raemer Schreiber , para perseguirla. En marzo de 1956, el Proyecto de Armas Especiales de las Fuerzas Armadas (AFSWP) recomendó asignar $ 100 millones ($ 940 millones en 2019) al proyecto de motor de cohete nuclear durante tres años para que los dos laboratorios lleven a cabo estudios de viabilidad y construcción de instalaciones de prueba.

Eger V. Murphree y Herbert Loper de la Comisión de Energía Atómica (AEC) fueron más cautelosos. El programa de misiles Atlas avanzaba bien y, si tenía éxito, tendría un alcance suficiente para alcanzar objetivos en la mayor parte de la Unión Soviética . Al mismo tiempo, las ojivas nucleares se volvían más pequeñas, más ligeras y más poderosas. El caso de una nueva tecnología que prometía cargas útiles más pesadas en distancias más largas parecía débil. Sin embargo, el cohete nuclear había adquirido un poderoso patrocinador político en el senador Clinton P. Anderson de Nuevo México (donde se encontraba LASL), el vicepresidente del Comité Conjunto de Energía Atómica del Congreso de los Estados Unidos (JCAE), cercano a von Neumann. , Bradbury y Ulam. Se las arregló para conseguir financiación.

Todo el trabajo en el cohete nuclear se consolidó en Los Alamos, donde se le dio el nombre en clave de Proyecto Rover; A Livermore se le asignó la responsabilidad del desarrollo del estatorreactor nuclear , cuyo nombre en código fue Proyecto Plutón . El Proyecto Rover fue dirigido por un oficial de la USAF en servicio activo en comisión de servicio en la AEC, el teniente coronel Harold R. Schmidt. Dependía de otro oficial de la USAF adscrito, el coronel Jack L. Armstrong, quien también estaba a cargo de Plutón y los proyectos de Sistemas para Energía Auxiliar Nuclear (SNAP).

Conceptos de diseño

En principio, el diseño de un motor de cohete térmico nuclear es bastante simple: una turbobomba forzaría el hidrógeno a través de un reactor nuclear, donde sería calentado por el reactor a temperaturas muy altas y luego agotado a través de una boquilla de cohete para producir empuje. Los factores que lo complicaban se hicieron evidentes de inmediato. La primera era que había que encontrar un medio para controlar la temperatura del reactor y la potencia de salida. La segunda era que había que idear un medio para retener el propulsor. La única forma práctica de almacenar hidrógeno era en forma líquida, y esto requería una temperatura por debajo de 20  K (-253,2 ° C). La tercera era que el hidrógeno se calentaría a una temperatura de alrededor de 2500 K (2230 ° C), y se necesitarían materiales que pudieran soportar tales temperaturas y resistir la corrosión por hidrógeno.

Diagrama de corte del motor cohete Kiwi

El hidrógeno líquido era teóricamente el mejor propulsor posible, pero a principios de la década de 1950 era caro y estaba disponible solo en pequeñas cantidades. En 1952, la AEC y la Oficina Nacional de Normas habían abierto una planta cerca de Boulder, Colorado , para producir hidrógeno líquido para el programa de armas termonucleares . Antes de decidirse por el hidrógeno líquido, LASL consideró otros propulsores como el metano ( CH
₄ ) y amoniaco ( NH
₃ ). El amoníaco, utilizado en las pruebas realizadas entre 1955 y 1957, era económico, fácil de obtener, líquido a 239 K (-34 ° C) y fácil de bombear y manipular. Sin embargo, era mucho más pesado que el hidrógeno líquido, reduciendo el impulso del motor ; También se encontró que era aún más corrosivo y tenía propiedades neutrónicas indeseables.

Para el combustible, consideraron plutonio-239 , uranio-235 y uranio-233 . El plutonio fue rechazado porque, si bien forma compuestos fácilmente, no pueden alcanzar temperaturas tan altas como las del uranio. El uranio-233 se consideró seriamente, en comparación con el uranio-235 es un poco más ligero, tiene un mayor número de neutrones por evento de fisión y una alta probabilidad de fisión. Por lo tanto, tenía la perspectiva de ahorrar algo de peso en combustible, pero sus propiedades radiactivas lo hacen más difícil de manipular y, en cualquier caso, no estaba fácilmente disponible. Por lo tanto, se eligió el uranio altamente enriquecido .

Para los materiales estructurales en el reactor, la elección se redujo al grafito o los metales. De los metales, el tungsteno emergió como el pionero, pero era caro, difícil de fabricar y tenía propiedades neutrónicas indeseables. Para sortear sus propiedades neutrónicas, se propuso utilizar tungsteno-184 , que no absorbe neutrones. Se eligió el grafito porque es barato, se vuelve más fuerte a temperaturas de hasta 3300 K (3030 ° C) y se sublima en lugar de derretirse a 3900 K (3630 ° C).

Para controlar el reactor, el núcleo estaba rodeado por tambores de control recubiertos con grafito o berilio (un moderador de neutrones) en un lado y boro (un veneno de neutrones ) en el otro. La potencia de salida del reactor se puede controlar girando los tambores. Para aumentar el empuje, es suficiente aumentar el flujo de propelente. El hidrógeno, ya sea en forma pura o en un compuesto como el amoníaco, es un moderador nuclear eficiente y el aumento del flujo también aumenta la velocidad de las reacciones en el núcleo. Esta mayor velocidad de reacción compensa el enfriamiento proporcionado por el hidrógeno. A medida que el hidrógeno se calienta, se expande, por lo que hay menos en el núcleo para eliminar el calor y la temperatura se estabilizará. 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.

LASL produjo una serie de conceptos de diseño, cada uno con su propio nombre en clave: Uncle Tom, Uncle Tung, Bloodhound y Shish. En 1955, se había decidido por un diseño de 1.500 megavatios (MW) llamado Old Black Joe. En 1956, esto se convirtió en la base de un diseño de 2.700 MW destinado a ser la etapa superior de un misil balístico intercontinental.

Transferencia a la NASA

El presidente John F. Kennedy (derecha) visita la Estación de Desarrollo de Cohetes Nucleares. A la izquierda del presidente están Glenn Seaborg , presidente de la Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos ; El senador Howard Cannon ; Harold Finger , gerente de la Oficina de Propulsión Nuclear Espacial ; y Alvin C. Graves , director de actividades de prueba en el Laboratorio Científico de Los Alamos.

En 1957, el proyecto de misiles Atlas avanzaba bien, y con ojivas más pequeñas y ligeras disponibles, la necesidad de una etapa superior nuclear casi había desaparecido. El 2 de octubre de 1957, la AEC propuso recortar el presupuesto del Proyecto Rover, pero la propuesta pronto fue superada por los acontecimientos.

Dos días después, la Unión Soviética lanzó el Sputnik 1 , el primer satélite artificial. Esto despertó temores e imaginaciones 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. Esto precipitó la crisis del Sputnik y desencadenó la carrera espacial , una nueva área de competencia en la Guerra Fría . Anderson quería ceder la responsabilidad del programa espacial estadounidense a la AEC, pero el presidente estadounidense Dwight D. Eisenhower respondió creando la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), que absorbió a la NACA.

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, el día después de que juraron sus cargos en la Casa Blanca , 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. Silverstein, a quien Glennan había llevado a Washington, DC, para organizar el programa de vuelos espaciales de la NASA, había estado interesado durante mucho tiempo en la tecnología de cohetes nucleares. Fue el primer alto funcionario de la NACA en mostrar interés en la investigación de cohetes, había iniciado una investigación sobre el uso de hidrógeno como propulsor de cohetes, participó en el proyecto Aircraft Nuclear Propulsion (ANP), construyó el reactor Plum Brook de la NASA y creó un reactor nuclear. grupo de propulsión de cohetes en Lewis bajo Harold Finger .

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, el día en que la NASA entró oficialmente en funcionamiento y asumió la responsabilidad del programa espacial civil estadounidense. El Proyecto Rover se convirtió en un proyecto conjunto NASA-AEC. Silverstein nombró 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. Finger fue designado como su gerente, con Milton Klein de AEC como su adjunto.

El 1 de febrero de 1961, el administrador adjunto de la NASA, Robert Seamans, y el director general de la AEC, Alvin Luedecke, firmaron un "Acuerdo formal entre la NASA y la AEC sobre la gestión de los contratos de motores de cohetes nucleares" . A esto le siguió un "Acuerdo interinstitucional sobre el programa de Development of Space Nuclear Rocket Propulsion (Project Rover) ", que firmaron el 28 de julio de 1961. SNPO también asumió la responsabilidad de SNAP, y Armstrong se convirtió en asistente del director de la División de Desarrollo de Reactores en AEC, y el teniente coronel GM Anderson, anteriormente el Oficial de proyectos SNAP en la disuelta Oficina de Propulsión Nuclear de Aeronaves (ANPO), se convirtió en jefe de la Rama SNAP en la nueva división.

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 devolverlo sano y salvo a la tierra". Luego continuó diciendo: "En segundo lugar, 23 millones de dólares adicionales, junto con 7 millones de dólares ya disponibles, acelerarán el desarrollo del cohete nuclear Rover. Esto promete algún día proporcionar un medio para una exploración del espacio aún más emocionante y ambiciosa. , quizás más allá de la Luna, quizás hasta el final del propio Sistema Solar ".

Sitio de prueba

Disposición de las instalaciones en la Estación de Desarrollo de Cohetes Nucleares en Jackass Flats

Los reactores nucleares para el Proyecto Rover se construyeron en el Área Técnica 18 de LASL (TA-18), también conocida como el Sitio Pajarito. El combustible y los componentes internos del motor se fabricaron en el complejo Sigma en Los Alamos. La División LASL N en TA-46 realizó pruebas de elementos combustibles y otras ciencias de los materiales utilizando varios hornos y más tarde un reactor de prueba personalizado, el Horno Nuclear. El personal de las divisiones LASL Test (J) y Chemical Metalurgy Baker (CMB) también participó en el Proyecto Rover. Se construyeron dos reactores para cada motor; uno para experimentos críticos de potencia cero en Los Alamos y otro utilizado para pruebas de potencia completa. Los reactores se probaron a muy baja potencia antes de ser enviados al sitio de prueba.

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 su uso por Project Rover. El trabajo comenzó en las instalaciones de prueba allí a mediados de 1957. Todos los materiales y suministros tuvieron que ser traídos desde Las Vegas . La celda de prueba A consistía en una granja de botellas de gas hidrógeno y una pared 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 masticado por roedores excavadores y tuvo que ser reemplazado. El reactor fue sometido a prueba de fuego con su columna de escape en el aire para que cualquier producto de fisión radiactivo recogido del núcleo pudiera dispersarse de forma segura.

El edificio de mantenimiento y desmontaje del reactor (R-MAD) era en la mayoría de los aspectos una celda caliente típica utilizada por la industria nuclear, con gruesos muros de hormigón, ventanas de observación de vidrio de plomo y brazos de manipulación remota. Era excepcional solo por su tamaño: 76 metros (250 pies) de largo, 43 metros (140 pies) y 19 metros (63 pies) de altura. Esto permitió que el motor se moviera dentro y fuera de un vagón de ferrocarril. Se decía que el "Jackass and Western Railroad", como se describió alegremente, era el ferrocarril más corto y lento del mundo. Había dos locomotoras: la eléctrica L-1, que se controlaba a distancia, y la diesel-eléctrica L-2, que se controlaba manualmente, con protección contra la radiación alrededor de la cabina .

Se suponía que la celda de prueba C se completaría en 1960, pero la NASA y 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. En agosto de 1961, la Unión Soviética puso fin a la moratoria de ensayos nucleares que había estado en vigor desde noviembre de 1958, por lo que Kennedy reanudó las pruebas en Estados Unidos en septiembre. Con un segundo programa de choque en el sitio de pruebas de Nevada, la mano de obra se volvió escasa y hubo una huelga.

Pruebe la celda C con sus gigantes dewars de almacenamiento criogénico

Cuando eso terminó, los trabajadores tuvieron que enfrentarse a las dificultades de lidiar con 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 liberación de hidrógeno. El complejo finalmente entró en funcionamiento en 1964. SNPO previó la construcción de un motor de cohete nuclear de 20.000 MW, por lo que el supervisor de construcción, Keith Boyer, hizo que Chicago Bridge & Iron Company construyera dos gigantescas Dewars de almacenamiento criogénico de 1.900.000 litros (500.000 galones estadounidenses) . Se agregó un edificio de mantenimiento y desmontaje de motores (E-MAD). Era más grande que un campo de fútbol, ​​con gruesos muros de hormigón y compartimentos de protección donde se podían montar y desmontar los motores. También había un banco de pruebas de motores (ETS-1); se planearon dos más.

También había una instalación de almacenamiento de material radiactivo (RMSF). Este era un sitio de 8.5 hectáreas (21 acres) aproximadamente equidistante del E-MAD, la celda de prueba "C" y el ETS-1. Estaba rodeado por una cerca 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 el área de almacenamiento, que luego se separaba en siete rampas. Dos espuelas conducían a bunkers de 55,3 metros cuadrados (595 pies cuadrados). La instalación se utilizó para almacenar una amplia variedad de artículos contaminados con radiactividad.

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 SNPO en Las Vegas (SNPO-N) para administrarla. Los trabajadores de la construcción estaban alojados en Mercury, Nevada . Más tarde, se llevaron treinta remolques a Jackass Flats para crear un pueblo llamado "Boyerville" en honor al supervisor, Keith Boyer.

kiwi

La primera fase del Proyecto Rover, Kiwi, recibió su nombre del ave no voladora del mismo nombre de Nueva Zelanda, ya que los motores de cohete Kiwi tampoco estaban destinados a volar. Su función era verificar el diseño y probar el comportamiento de los materiales utilizados. El programa Kiwi desarrolló una serie de motores nucleares de prueba que no se pueden volar, 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 el kiwi sirvió como prueba de concepto para los motores de cohetes nucleares.

Kiwi A

Raemer Schreiber con un póster de Project Rover en 1959

La primera prueba del Kiwi A, el primer modelo del motor 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 tanto como refrigerante como moderador para reducir la cantidad de óxido de uranio necesaria. Las barras de control se ubicaron 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. 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). Destinado a producir 100 MW, el motor funcionó a 70 MW durante 5 minutos. La temperatura central fue mucho más alta de lo esperado, hasta 2.900 K (2.630 ° C), debido al agrietamiento de las placas de grafito, que fue suficiente para hacer que parte del combustible se derrita.

Se realizaron una serie de mejoras para la próxima prueba el 8 de julio de 1960 para 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. Se apilaron seis de un extremo a otro y luego se colocaron en los siete orificios de los módulos de grafito para crear módulos de combustible de 137 centímetros (54 pulgadas) de largo. Esta vez, el reactor alcanzó 88 MW durante 307 segundos, con una temperatura media del gas de salida del núcleo de 2178 K. La prueba se vio empañada por tres fallas del módulo del núcleo, pero la mayoría sufrió poco o ningún daño. Anderson y los delegados de la Convención Nacional Demócrata de 1960 observaron la prueba . En la convención, Anderson agregó apoyo a los cohetes nucleares a la plataforma del Partido Demócrata .

La tercera y última prueba de la serie Kiwi A se llevó a cabo el 19 de octubre de 1960. El motor Kiwi A3 usó elementos de combustible cilíndricos de 27 pulgadas (69 cm) de largo 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 logró con un flujo de propulsor de 2,36 kilogramos por segundo (5,2 lb / s), pero la temperatura del gas de salida fue de 1.861 K, más de 300 K más de lo esperado. Después de 159 segundos, la potencia se aumentó a 90 MW. Para estabilizar la temperatura del gas de salida a 2173 K, la tasa de combustible se incrementó a 3,81 kilogramos por segundo (8,4 lb / s). Más tarde se descubrió que el sistema de medición de potencia neutrónica estaba incorrectamente calibrado y que el motor en realidad funcionaba a una media de 112,5 MW durante 259 segundos, muy por encima de su capacidad de diseño. A pesar de esto, el núcleo sufrió menos daños que en la prueba Kiwi A Prime.

Kiwi A fue considerado un éxito como prueba de concepto para motores de cohetes nucleares. Demostró que el hidrógeno se puede calentar en un reactor nuclear a las temperaturas requeridas para la propulsión espacial y que el reactor se puede controlar. Finger siguió adelante y llamó a licitación de la industria para el desarrollo del motor nuclear de la NASA para aplicaciones de vehículos cohete ( NERVA ) basado en el diseño del motor Kiwi. 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 incluía el desarrollo y despliegue de motores de cohetes nucleares y la planificación de misiones espaciales.

Kiwi B

El Director del Laboratorio Nacional de Los Alamos , Norris Bradbury (izquierda), frente al reactor Kiwi B4-A

El objetivo original de LASL había sido un motor de cohete nuclear de 10.000 MW capaz de lanzar 11.000 kilogramos (25.000 libras) a una órbita de 480 kilómetros (300 millas). Este motor recibió el nombre en código Condor, en honor a las grandes aves voladoras , en contraste con el pequeño Kiwi no volador. Sin embargo, en octubre de 1958, la NASA había estudiado la instalación de una etapa superior nuclear en un misil Titán I , y concluyó que en esta configuración una etapa superior de un reactor de 1.000 MW podría poner en órbita 6.400 kilogramos (14.000 libras). Esta configuración se utilizó en los estudios de Nova y se convirtió en el objetivo del Proyecto Rover. LASL tenía previsto realizar dos pruebas con Kiwi B, un diseño intermedio de 1.000 MW, en 1961 y 1962, seguidas de dos pruebas de Kiwi C, un motor prototipo, en 1963, y tener una prueba en vuelo de reactor (RIFT) de una producción. motor en 1964.

Para Kiwi B, LASL realizó varios cambios de diseño para obtener el mayor rendimiento requerido. Se eliminó el núcleo central, se aumentó de cuatro a siete el número de orificios de refrigerante en cada elemento de combustible hexagonal, y se reemplazó el reflector de grafito por uno de berilio de 20 centímetros (8 pulgadas) de espesor. Aunque el berilio era más caro, más difícil de fabricar y altamente tóxico, también era mucho más liviano, lo que resultó en un ahorro de 1.100 kilogramos (2.500 libras). Debido al retraso en la preparación de la celda de prueba C, algunas funciones destinadas a Kiwi C también se incorporaron en Kiwi B2. Estos incluyeron una boquilla enfriada por hidrógeno líquido en lugar de agua, una nueva turbobomba Rocketdyne y un arranque de arranque, en el que el reactor se puso en marcha solo con su propia energía.

La prueba de Kiwi B1A, la última prueba para usar hidrógeno gaseoso en lugar de líquido, estaba inicialmente programada para el 7 de noviembre de 1961. En la mañana de la prueba, una válvula con fugas provocó una violenta explosión de hidrógeno que voló las paredes del cobertizo y varios trabajadores heridos; muchos sufrieron rotura de tímpanos y uno se fracturó el hueso del talón. El reactor no sufrió daños, pero hubo daños importantes en el vehículo de prueba y la instrumentación, lo que provocó que la prueba se pospusiera durante un mes. Un segundo intento el 6 de diciembre fue abortado cuando se descubrió que muchos de los termopares de diagnóstico se habían instalado al revés. Finalmente, el 7 de diciembre se puso en marcha la prueba. Se pretendía hacer funcionar el motor a 270 MW durante 300 segundos, pero la prueba se suspendió después de solo 36 segundos a 225 MW porque 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 del experimento a plena potencia fue de 9.1 kilogramos por segundo (20 lb / s).

A continuación, LASL tenía la intención de probar Kiwi B2, pero se encontraron fallas estructurales que requerían un rediseño. Luego, la atención cambió a B4, un diseño más radical, pero cuando intentaron colocar los grupos de combustible en el núcleo, se encontró que los grupos tenían demasiados neutrones y se temía que el reactor pudiera arrancar inesperadamente. El problema se remonta a la absorción de agua del aire normalmente seco de Nuevo México durante el almacenamiento. Se corrigió agregando 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 respaldo, B1B, a pesar de serias dudas al respecto en base a los resultados de la prueba B1A, con el fin de obtener más datos sobre el rendimiento y el comportamiento del hidrógeno líquido. Al inicio el 1 de septiembre de 1962, el núcleo se sacudió, pero alcanzó los 880 MW. Los destellos de luz alrededor de la boquilla indicaron que se estaban expulsando pastillas de combustible; más tarde se determinó que habían sido once. En lugar de apagarse, los probadores hicieron girar los tambores para compensar y pudieron continuar funcionando a plena potencia durante unos minutos antes de que un sensor explotara y comenzara un incendio y el motor se apagara. Se cumplieron la mayoría de los objetivos de la prueba, pero no todos.

La siguiente prueba de la serie fue de Kiwi B4A el 30 de noviembre de 1962. Se observó un destello de llama cuando el reactor alcanzó 120 MW. La potencia se aumentó a 210 MW y se mantuvo allí durante 37 segundos. Luego se aumentó la potencia a 450 MW, pero los destellos se hicieron frecuentes y el motor se apagó después de 13 segundos. Después de la prueba se descubrió que el 97% de los elementos combustibles estaban rotos. Se apreciaron las dificultades de usar hidrógeno líquido y se diagnosticó que la causa de la vibración y las fallas era una fuga de hidrógeno en el espacio entre el núcleo y el recipiente a presión. A diferencia de un motor químico que probablemente habría explotado después de sufrir daños, el motor se mantuvo estable y controlable en todo momento. Las pruebas demostraron que un motor de cohete nuclear sería resistente y confiable en el espacio.

Kiwi A Prime es probado

Kennedy visitó Los Alamos el 7 de diciembre de 1962 para una sesión informativa sobre el Proyecto Rover. Era la primera vez que un presidente de Estados Unidos visitaba un laboratorio de armas nucleares. Trajo consigo un gran séquito 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 en 1962, y AEC y la NASA estaban pidiendo otros $ 360 millones en 1963. Kennedy llamó la atención sobre las dificultades presupuestarias de su administración, y sus funcionarios y asesores debatieron el futuro del Proyecto Rover y el programa espacial en general.

Finger reunió a un equipo de especialistas en vibraciones de otros centros de la NASA y, junto con personal de LASL, Aerojet y Westinghouse, llevó a cabo una serie de pruebas de reactores de "flujo frío" utilizando elementos combustibles sin material fisionable. Se bombeaba nitrógeno, helio e hidrógeno a través del motor para inducir vibraciones. Se determinó que fueron causados ​​por la inestabilidad en la forma en que el líquido fluía a través de los espacios libres entre los elementos combustibles adyacentes. Se realizaron una serie de cambios de diseño menores para abordar el problema de la vibración. En la prueba Kiwi B4D del 13 de mayo de 1964, el reactor se puso en marcha automáticamente y se hizo funcionar brevemente a plena potencia (990 MW) sin problemas de vibración. La prueba tuvo que terminarse 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 libras) de gas nitrógeno. En la inspección posterior a la prueba, no se encontraron elementos combustibles dañados.

La prueba final fue la prueba Kiwi B4E el 28 de agosto en la que el reactor funcionó durante doce minutos, ocho de los cuales estaban a plena potencia (937 MW). Esta fue la primera prueba que utilizó gránulos de carburo de uranio en lugar de óxido de uranio, con una capa de carburo de niobio de 0,0508 milímetros (0,002 pulgadas). Se encontró que estos se oxidaban al calentarlos, lo que provocaba una pérdida de carbono en forma de gas monóxido de carbono . Para minimizar esto, las partículas se hicieron más grandes (50 a 150 micrómetros (0,0020 a 0,0059 pulgadas) de diámetro) y se les dio una capa protectora de grafito pirolítico . El 10 de septiembre, Kiwi B4E se reinició y funcionó a 882 MW durante dos minutos y medio, lo que demuestra la capacidad de un motor de cohete nuclear para apagarse y reiniciarse.

En septiembre de 1964, se realizaron pruebas con un motor Kiwi B4 y PARKA, un reactor Kiwi utilizado para las pruebas en Los Alamos. Los dos reactores se hicieron funcionar a 4,9 metros (16 pies), 2,7 metros (9 pies) y 1,8 metros (6 pies) separados, y se tomaron medidas de reactividad. Estas pruebas mostraron que los neutrones producidos por un reactor sí causaron fisiones en otro, pero que el efecto fue 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, como solían hacerlo los químicos.

Febo

Phoebus motor de cohete nuclear en el Jackass and Western Railroad

El siguiente paso en el programa de investigación de LASL fue construir un reactor más grande. El tamaño del núcleo determina cuánto hidrógeno, que es necesario para enfriar, se puede empujar a través de él; y cuánto combustible de uranio se puede cargar en él. En 1960, LASL comenzó a planificar un reactor de 4.000 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 Apolo. Phoebus se encontró 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 demasiado a la ligera; solo para construir el diseño de 4.000 MW se requirió una nueva boquilla y una turbobomba mejorada de Rocketdyne. Se produjo un prolongado conflicto burocrático.

En marzo de 1963, el SNPO y el Centro Marshall de Vuelos Espaciales (MSFC) encargaron a los Laboratorios de Tecnología Espacial (STL) que elaboraran un informe sobre qué tipo de motor de cohete nuclear se requeriría para posibles misiones entre 1975 y 1990. Estas misiones incluían los primeros planetarios interplanetarios tripulados. expediciones de ida y vuelta (EMPIRE), swingbys planetarios y flybys, y un transbordador lunar. La conclusión de este informe de nueve volúmenes, que se entregó en marzo de 1965, y de un estudio de seguimiento, fue que estas misiones podrían realizarse con un motor de 4.100 MW con un impulso específico de 825 segundos (8,09 km / s). . Esto era considerablemente más pequeño de lo que originalmente se había considerado necesario. De esto surgió una especificación para un motor de cohete nuclear de 5,000 MW, que se conoció como NERVA II.

LASL y SNPO llegaron a un acuerdo de que LASL construiría dos versiones de Phoebus: el pequeño Phoebus I, con un núcleo de 89 centímetros (35 pulgadas) para probar combustibles, materiales y conceptos avanzados, y el más grande de 140 centímetros (55 pulgadas). Phoebus II que serviría de prototipo para NERVA II. Ambos estarían basados ​​en Kiwi. La atención se centró en lograr más potencia de la que era posible con las unidades Kiwi y mantener la potencia máxima durante más tiempo. El trabajo en Phoebus I se inició en 1963, con un total de tres motores en construcción, llamados 1A, 1B y 1C.

Phoebus en el Museo Nacional de Pruebas Atómicas de Las Vegas

Phoebus 1A se probó el 25 de junio de 1965 y funcionó a máxima potencia (1.090 MW) durante diez minutos y medio. Desafortunadamente, el ambiente de intensa radiación hizo que uno de los medidores de capacitancia produjera lecturas erróneas. Cuando se enfrentaron a un indicador que decía que el tanque de propulsor de hidrógeno estaba casi vacío, y otro que decía que estaba lleno a un cuarto, y no estaban seguros de cuál era el correcto, los técnicos en la sala de control optaron por creer al que decía que estaba lleno. Ésta fue la elección equivocada; de hecho, el tanque estaba casi vacío y el propulsor se secó. Sin hidrógeno líquido para enfriarlo, el motor, que funcionaba a 2270 K (2000 ° C), se sobrecalienta rápidamente y explota. Aproximadamente una quinta parte del combustible fue expulsado; la mayor parte del resto se derritió.

El área de prueba se dejó durante seis semanas para que los productos de fisión altamente radiactivos tuvieran tiempo de descomponerse. Se utilizó una niveladora con una escobilla de goma en el arado para apilar la tierra contaminada para poder recogerla. Cuando esto no funcionó, se utilizó una aspiradora de 150 kW (200 hp) para recoger la suciedad. Los fragmentos de la almohadilla de prueba fueron recolectados inicialmente por un robot, pero esto fue demasiado lento, y se usaron hombres con trajes protectores, recogiendo piezas con pinzas y arrojándolas luego en botes de pintura rodeados de plomo y montados en plataformas rodantes de ruedas pequeñas. Eso se ocupó de la principal contaminación; el resto fue astillado, barrido, restregado, lavado o pintado. Todo el esfuerzo de descontaminación tomó cuatrocientas personas en dos meses y costó $ 50,000. La dosis media 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 a sus empleados a 5 rems (0.050 Sv) por año.

La siguiente prueba fue de Phoebus 1B. Se puso en marcha el 10 de febrero de 1967 y funcionó a 588 MW durante dos minutos y medio. Para evitar una repetición del percance que le había ocurrido a Phoebus 1A, se instaló un depósito criogénico 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 que hubiera fue una falla del sistema de suministro de propulsante primario. Una segunda prueba se realizó el 23 de febrero de 1967, cuando se ejecutó durante 46 minutos, de los cuales 30 minutos superaron los 1250 MW, y se alcanzó una potencia máxima de 1450 MW y una temperatura del gas de 2444 K (2171 ° C). La prueba fue un éxito, pero se encontró algo de corrosión.

Esto fue seguido por una prueba del Phoebus 2A más grande. El 8 de junio de 1968 se llevó a cabo una ejecución preliminar de baja potencia (2.000 MW), y luego una ejecución a plena potencia el 26 de junio. El motor funcionó durante 32 minutos, de los cuales 12,5 minutos superaron los 4.000 MW y se alcanzó una potencia máxima de 4.082 MW. En este punto, la temperatura de la cámara era de 2.256 K (1.983 ° C) y el caudal total era de 118,8 kilogramos por segundo (262 lb / s). No se pudo alcanzar el nivel máximo de potencia porque en este punto las temperaturas de los segmentos de la banda de sujeción que conectan el núcleo al recipiente a presión alcanzaron su límite de 417 K (144 ° C). Una tercera corrida se realizó el 18 de julio, alcanzando una potencia de 1.280 MW, una cuarta más tarde ese mismo día, con una potencia cercana a los 3.500 MW. 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, hay dos isómeros de espín de hidrógeno : el parahidrógeno es un moderador de neutrones, pero el ortohidrógeno es un veneno, y quizás el alto flujo de neutrones haya cambiado parte del parahidrógeno a ortohidrógeno.

Papamoscas norteamericano

Pewee fue la tercera fase del Proyecto Rover. LASL volvió a los nombres de las aves, nombrándolas como el pewee norteamericano . Era pequeño, fácil de probar y de un tamaño conveniente para misiones científicas interplanetarias sin tripulación o pequeños "remolcadores" nucleares. Su objetivo principal era probar elementos de combustible avanzados sin el gasto de un motor de tamaño completo. Pewee tardó solo diecinueve meses en desarrollarse desde que SNPO lo autorizó en junio de 1967 hasta su primera prueba a gran escala en diciembre de 1968.

Pewee tenía un núcleo de 53 centímetros (21 pulgadas) que contenía 36 kilogramos (80 libras) 402 elementos combustibles y 132 elementos de soporte. De los 402 elementos combustibles, 267 fueron fabricados por LASL, 124 por el Laboratorio Astronuclear Westinghouse y 11 en el Complejo de Seguridad Nacional Y-12 de AEC . La mayoría fueron recubiertos con carburo de niobio ( NbC ) pero algunos fueron recubiertos con carburo de circonio ( ZrC ) en su lugar; la mayoría también tenía un revestimiento protector de molibdeno. Existía la preocupación de que un reactor tan pequeño no alcanzara la criticidad , por lo que se añadió hidruro de circonio (un buen moderador) y se aumentó el grosor del reflector de berilio a 20 centímetros (8 pulgadas). Había nueve tambores de control. Todo el reactor, incluido el recipiente de presión de aluminio, pesaba 2.570 kilogramos (5.670 libras).

Pewee 1 se puso en marcha tres veces: para la comprobación el 15 de noviembre de 1968, para una prueba de corta duración el 21 de noviembre y para una prueba de resistencia a máxima potencia el 4 de diciembre. La prueba de máxima potencia tuvo dos retenciones durante las cuales el reactor funcionó a 503 MW (1,2 MW por elemento de combustible). La temperatura media del gas de salida fue de 2.550 K (2.280 ° C), la más alta jamás registrada por Project Rover. La temperatura de la cámara fue de 2.750 K (2.480 ° C), otro récord. La prueba mostró que el carburo de circonio era más eficaz para prevenir la corrosión que el carburo de niobio. No se había hecho ningún esfuerzo en particular para maximizar el impulso específico, que no era el propósito del reactor, pero Pewee logró un impulso específico de vacío de 901 segundos (8,84 km / s), muy por encima del objetivo de NERVA. También lo fue la densidad de potencia media de 2.340 MW / m ³ ; la densidad máxima alcanzó los 5.200 MW / m ³ . Esto era un 20% más alto que Phoebus 2A, y la conclusión fue que podría ser posible construir un motor más ligero pero aún más potente.

LASL tardó un año en modificar el diseño de Pewee para solucionar 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 máxima potencia a 2427 K (2154 ° C), cada una con una duración de diez minutos, con un enfriamiento a 540 K (267 ° C) entre cada prueba. SNPO ordenó a LASL que devolviera a Pewee a E-MAD. El problema era la Ley de Política Ambiental Nacional (NEPA), que el presidente Richard Nixon había promulgado como ley el 1 de enero de 1970. La SNPO creía que las emisiones radiactivas estaban dentro de las directrices y no tendrían efectos ambientales adversos, pero un grupo ambiental afirmó lo contrario. . SNPO preparó un estudio de impacto ambiental completo para las próximas pruebas del horno nuclear. Mientras tanto, LASL planeó una prueba Pewee 3. Esto se probaría horizontalmente, con un depurador para eliminar los productos de fisión de la columna de escape. También planeó un Pewee 4 para probar combustibles y un Pewee 5 para probar postquemadores. Ninguna de estas pruebas se realizó nunca.

Horno nuclear

Dos de las formas de combustible probadas por el Proyecto Rover: partículas de combustible de carburo de uranio recubiertas de carbono pirolítico dispersas en un sustrato de grafito y "compuesto" que consistía en una dispersión de carburo de uranio y carburo de circonio en el sustrato de grafito.

El Horno Nuclear era un pequeño reactor de solo una décima parte del tamaño de Pewee que estaba destinado a 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 núcleo diminuto de 146 centímetros (57 pulgadas) de largo y 34 centímetros (13 pulgadas) de diámetro. que contenía 49 elementos combustibles hexagonales. De estos, 47 eran pilas de combustible "compuestas" de carburo de uranio-carburo de circonio y dos contenían un grupo de siete elementos de pilas de combustible de carburo de uranio-circonio puro de un solo orificio. Ninguno de los dos tipos había sido 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 enfriamiento y moderación. Se utilizó hidrógeno gaseoso en lugar de líquido para ahorrar dinero. Se desarrolló un depurador .

Los objetivos de las pruebas del horno nuclear eran 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 hizo funcionar cuatro veces a plena potencia (44 MW) y una temperatura del gas de salida del combustible de 2.444 K (2.171 ° C) durante un total de 108,8 minutos. El NF-1 se hizo funcionar 121,1 minutos con una temperatura del gas de salida del combustible superior a 2.222 K (1.949 ° C). También alcanzó una densidad de potencia media de 4.500 a 5.000 MW / m ³ con temperaturas de hasta 2.500 K (2.230 ° C). El depurador funcionó bien, aunque algo de kriptón-85 se filtró. La Agencia de Protección Ambiental pudo detectar cantidades mínimas, pero ninguna fuera del rango de prueba.

Las pruebas indicaron que las pilas de combustible compuestas funcionarían de dos a seis horas a una temperatura de 2500 a 2800 K (de 2230 a 2500 ° C), mientras que los combustibles de carburo darían un rendimiento similar a una temperatura de 3000 a 3200 K (de 2730 a 2930 ° C). asumiendo que los problemas de agrietamiento podrían superarse con un diseño mejorado. Durante diez horas de funcionamiento, la matriz de grafito se limitaría a 2200 a 2300 K (1930 a 2030 ° C), el compuesto podría subir a 2480 K (2210 ° C) y el carburo puro a 3000 K (2730 ° C). ). Por lo tanto, el programa de prueba terminó con tres formas viables de pila de combustible.

Pruebas de seguridad

En mayo de 1961, Kennedy dio su aprobación para las pruebas de reactores en vuelo (RIFT). En respuesta, LASL estableció una Oficina de seguridad de vuelo de Rover, y SNPO creó un Panel de seguridad de vuelo de Rover, que respaldaba RIFT. La planificación de RIFT de la NASA requería que hasta cuatro reactores cayeran al Océano Atlántico. LASL tuvo que determinar qué pasaría cuando un reactor golpeara el agua a varios miles de kilómetros por hora. En particular, necesitaba saber si se volvería crítico o explotaría cuando se inundara con agua de mar, un moderador de neutrones. También hubo preocupación por lo que sucedería cuando se hundiera 3,2 kilómetros (2 millas) hasta el fondo del Atlántico, donde estaría bajo una presión aplastante. Había que tener en cuenta el posible impacto en la vida marina y, de hecho, qué vida marina había allí abajo.

Un reactor nuclear Kiwi modificado fue destruido deliberadamente en la prueba Kiwi TNT.

LASL comenzó sumergiendo los elementos combustibles en agua. Luego pasó a realizar una prueba de entrada de agua simulada (SWET) durante la cual se utilizó un pistón de 30 centímetros (12 pulgadas) para forzar el ingreso de agua a un reactor lo más rápido posible. Para simular un impacto, se dejó caer un reactor simulado sobre hormigón desde una altura de 23 metros (75 pies). Rebotó 4,6 metros (15 pies) en el aire; el recipiente a presión estaba abollado y muchos elementos combustibles estaban agrietados, pero los cálculos mostraron que no se volvería crítico ni explotaría. Sin embargo, RIFT involucró a NERVA sentado encima de un cohete Saturno V de 91 metros (300 pies) de altura. Para averiguar qué sucedería si el propulsor explotara en la plataforma de lanzamiento, un reactor simulado se estrelló contra una pared de hormigón con un trineo cohete . El núcleo se comprimió en un 5%, y los cálculos mostraron que el núcleo de hecho se volvería crítico y explotaría, con una fuerza equivalente a aproximadamente 2 kilogramos (4,4 lb) de explosivo de alta potencia, que probablemente sería insignificante en comparación con el daño causado por una explosión. aumentador de presión. De manera inquietante, esto fue mucho más bajo que los 11 kilogramos (25 libras) que se predijo teóricamente, lo que indica que el modelo matemático era deficiente.

Cuando se determinó que NERVA no era necesario para Apollo y, por lo tanto, no sería necesario hasta la década de 1970, RIFT se pospuso y luego se canceló por completo en diciembre de 1963. Aunque su reinstalación se discutió con frecuencia, nunca ocurrió. 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 pueden causar una explosión nuclear, LASL estaba preocupado por lo que sucedería si el reactor se sobrecalienta. 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 fue demasiado lento para la devastadora explosión buscada, por lo que para Kiwi-TNT se modificaron para rotar a 4.000 ° 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 giraron al ajuste máximo a 4,000 ° por segundo y el calor vaporizó parte del grafito, lo que resultó en una colorida explosión que envió elementos combustibles volando por el aire, seguida de una nube altamente radiactiva con radiactividad estimada en 1,6 megacurios (59  PBq ).

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 (2.600 pies) en el aire y se desplazó hacia el suroeste, finalmente soplando sobre Los Ángeles y mar adentro. Fue rastreado por dos aviones del Servicio de Salud Pública (PHS) que tomaron muestras. El PHS había entregado dosímetros de placas de película a las personas que vivían en el borde del área de prueba y tomó muestras de leche de las granjas lecheras en el camino de la nube. Revelaron que la exposición a personas que viven fuera del sitio de pruebas de Nevada fue insignificante. La lluvia radiactiva en el suelo también se disipó rápidamente. Los equipos de búsqueda recorrieron el área recogiendo escombros. El más grande era una pieza del recipiente a presión que pesaba 67 kilogramos (148 libras) y que se encontró a 230 metros (750 pies) de distancia; otro, que pesaba 44 kilogramos (98 libras), se encontró a 520 metros (1.700 pies) de distancia.

Instalación E-MAD

La explosión fue relativamente pequeña, estimada en el equivalente de 90 a 140 kilogramos (200 a 300 libras) de pólvora negra . Fue mucho menos violento que una explosión de TNT , y de ahí las grandes piezas que se encontraron. La prueba mostró que el reactor no podía destruirse en el espacio haciéndolo volar en pedazos pequeños, 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 al dispararlo en una órbita alta, por lo que abandonó el Sistema Solar por completo o regresó siglos después, momento en el que la mayor parte de la radiactividad se habría desintegrado. La Unión Soviética protestó por la prueba, alegando que era una prueba nuclear en violación del Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas Nucleares , pero Estados Unidos respondió que era una prueba subcrítica que no implicaba explosión. Sin embargo, el Departamento de Estado estaba muy descontento con la designación Kiwi-TNT de LASL, ya que esto implicaba una explosión y dificultaba acusar a los soviéticos de violar el tratado.

Hubo tres accidentes fatales durante el Proyecto Rover. Un trabajador murió en un accidente automovilístico. Otro murió de quemaduras después de verter gasolina en cintas de computadora clasificadas y prenderlas para deshacerse de ellas. Un tercero ingresó a un tanque de nitrógeno y fue asfixiado.

Cancelación

Rover siempre fue un proyecto controvertido y defenderlo de los críticos requirió una serie de batallas burocráticas y políticas. En 1961, la Oficina del Presupuesto (BOB) y el Comité Asesor Científico del Presidente (PSAC) plantearon un desafío a Rover sobre la base de su costo, pero este impulso fue derrotado por la JCAE, donde Rover contó con el apoyo incondicional de Anderson y Howard. Cannon en el Senado y Overton Brooks y James G. Fulton en la Cámara . PSAC y BOB lo intentaron de nuevo en 1964; Se recortaron las solicitudes de presupuesto de la NASA, pero Rover salió intacto.

A fines de la década de 1960, el costo creciente de la guerra de Vietnam aumentó la presión sobre los presupuestos. Los miembros recién elegidos de la Cámara miraron a Rover y NERVA con ojo crítico, viéndolo como una puerta de entrada a un costoso programa de exploración del espacio profundo posterior al Apolo. Pero Rover contó con el influyente apoyo de Anderson, Cannon y Margaret Chase Smith de Maine en el Senado, y de Fulton y George P. Miller (que reemplazó a Brooks como presidente del Comité de Ciencia, Espacio y Tecnología de la Cámara de Representantes de los Estados Unidos en la muerte de este último en Septiembre de 1961) en la Cámara.

El Congreso eliminó el financiamiento de 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 acordó proporcionar dinero para NERVA II de su propio fondo de contingencia. Klein, que había sucedido a Finger como jefe del SNPO en 1967, enfrentó 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. El desfinanciamiento de NERVA II permitió ahorrar $ 400 millones, principalmente en las nuevas instalaciones que serían necesarias para probarlo. AEC y NASA aceptaron, porque se había demostrado que NERVA I podía realizar las misiones que se esperaban de NERVA II.

La senadora estadounidense Clinton P. Anderson con un cohete Kiwi

NERVA tenía muchas misiones potenciales. La NASA consideró utilizar Saturno V y NERVA en un " Gran Tour " del Sistema Solar. Una alineación rara de los planetas que ocurre cada 174 años ocurrió entre 1976 y 1980, 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 libras). Esto asumió que NERVA tenía un impulso específico de sólo 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 libras) del tamaño de 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, sabiendo que, incluso después del alunizaje del Apolo 11 , la idea era impopular entre el Congreso y el público en general.

La presión de reducción de costos aumentó después de que Nixon reemplazó 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 de Saturn V, pero NERVA permaneció. Klein aprobó un plan por el cual el transbordador espacial puso en órbita un motor NERVA y luego regresó por el combustible y la carga útil. Esto podría repetirse, ya que el motor NERVA se pudo reiniciar. NERVA mantuvo el firme apoyo de Anderson, Cannon y Smith, pero Anderson estaba envejeciendo y cansándose, y ahora delegaba 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 en conjunto de la NASA y la AEC.

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 asombrosa para el presidente. En el presupuesto para el año fiscal 1972, se recortaron los fondos para el transbordador, pero NERVA sobrevivió. Aunque su solicitud de presupuesto fue de solo $ 17.4 millones, el Congreso asignó $ 69 millones; Nixon gastó solo $ 29 millones.

En 1972, el Congreso volvió a apoyar a NERVA. Una coalición bipartidista encabezada por Smith y Cannon le asignó 100 millones de dólares; Se estimó que un motor NERVA que cabría dentro de la bahía de carga del transbordador costaba alrededor de 250 millones de dólares durante una década. Agregaron una estipulación de que no habría más reprogramaciones de los fondos de NERVA para pagar otras actividades de la NASA. La administración de Nixon decidió cancelar NERVA de todos modos. El 5 de enero de 1973, la NASA anunció que NERVA (y por lo tanto Rover) había sido cancelado.

El personal de LASL y la Oficina de Sistemas Nucleares Espaciales (SNSO), como se había cambiado el nombre de SNPO en 1970, quedó atónito; el proyecto de construir un pequeño NERVA que pudiera llevarse a bordo del transbordador espacial había ido bien. Los despidos comenzaron de inmediato y la SNSO fue abolida en junio. Después de 17 años de investigación y desarrollo, Projects Rover y NERVA habían gastado alrededor de $ 1.4 mil millones, pero nunca ha volado ningún cohete de propulsión nuclear.

Legado

Propulsión de cohete nuclear

En 1983, la Iniciativa de Defensa Estratégica ("La Guerra de las Galaxias") identificó misiones que podrían beneficiarse de cohetes más poderosos que los cohetes químicos, y algunas que solo podrían ser emprendidas por tales cohetes. En febrero de 1983 se creó un proyecto de propulsión nuclear, SP-100, con el objetivo de desarrollar un sistema de cohetes nucleares de 100 kW. El concepto incorporó 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 sobre NERVA. De 1987 a 1991 se financió como un proyecto secreto con el nombre en código Proyecto Timber Wind .

El cohete propuesto se expandió 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 sintió que SNTP ofreció una mejora insuficiente sobre los cohetes nucleares desarrollados por el Proyecto Rover, y no fue requerido por ninguna misión SEI. El programa SNTP se terminó en enero de 1994, después de gastarse unos 200 millones de dólares.

Un motor para viajes interplanetarios desde la órbita de la Tierra a la órbita de Marte, y viceversa, se estudió en 2013 en la MSFC con un enfoque en los motores de cohetes térmicos nucleares. 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 duración del vuelo más corta, estimada en 3 a 4 meses con motores nucleares, en comparación con 8 a 9 meses con motores químicos, reduciría la exposición de la tripulación a los rayos cósmicos potencialmente dañinos y difíciles de proteger . Los motores nucleares como el Pewee del Proyecto Rover, fueron seleccionados en la Arquitectura de Referencia de Diseño de Marte (DRA), y el 22 de mayo de 2019, el Congreso aprobó $ 125 millones en fondos para el desarrollo de cohetes nucleares.

Rehabilitación del sitio

Demolición de R-MAD en diciembre de 2009

Con el cierre del SNPO, la Oficina de Operaciones de Nevada del Departamento de Energía asumió la responsabilidad de Jackass Flats. Se llevó a cabo un estudio radiológico en 1973 y 1974, seguido de una limpieza de contaminación radiactiva grave en el RMSF, R-MAD, ETS-1 y las celdas de prueba A y C. El E-MAD todavía estaba en uso y no estaba parte del esfuerzo. Entre 1978 y 1984, se gastaron $ 1.624 millones en actividades de limpieza. Los elementos muy contaminados que se retiraron incluyeron una boquilla Phoebus y dos protectores de reactores de 24,9 toneladas ( 27,5 toneladas cortas ) y dos de 14 toneladas (15 toneladas cortas) del R-MAD. Estos fueron llevados a sitios de manejo de desechos radiactivos en el Área 3 y el Área 5. También se retiraron para su eliminación unos 5.563 metros cúbicos (7.276 yd3) de suelo contaminado y 4.250 metros cúbicos (5.560 yd3) de metal y hormigón contaminados. Otros 631 metros cúbicos (825 pies cúbicos) de metal limpio y equipo se retiraron como salvamento.

La celda de prueba A se demolió entre diciembre de 2004 y julio de 2005. Esto implicó la eliminación de materiales tóxicos y peligrosos que incluían asbesto y láminas que rodeaban los conductos eléctricos que contenían niveles de cadmio por encima de los límites del vertedero. Se encontró que la pintura contenía bifenilo policlorado (PCB), pero no por encima de los límites del vertedero. Aproximadamente 27 toneladas (30 toneladas cortas) de ladrillos de plomo se encontraron en varios lugares y se retiraron. También hubo algunos rastros de uranio y plutonio. El principal desafío fue la demolición del muro de hormigón del escudo que contiene trazas de europio -151, europio-153 y cobalto -59, que la absorción de neutrones transforma en europio-152, europio-154 y cobalto-60 radiactivos. Había que tener cuidado para evitar la generación de polvos radiactivos peligrosos durante la demolición del muro, que se llevó a cabo con explosivos. La demolición de la instalación de R-MAD comenzó en octubre de 2009 y se completó en agosto de 2010.

Resumen de la prueba del reactor

Fuente:

Notas al pie

Notas

Referencias