EVALUACIÓN DE REACTORES NUCLEARES SMR COMO SOLUCIÓN ENERGÉTICA PARA ASENTAMIENTOS LUNARES

Abstract

La creación de asentamientos humanos autónomos y permanentes fuera del planeta Tierra, como el programa Artemis de la NASA que busca establecer una base permanente en la Luna, representa un gran desafío energético por los ciclos de oscuridad de 14 días terrestres y por las condiciones adversas con temperaturas extremas que oscilan entre -183 ºC y 127 ºC.

Este Trabajo de Fin de Grado examina y elabora el diseño técnico de un micro reactor nuclear modular como una opción para garantizar un suministro constante y seguro de energía teniendo en cuenta las limitaciones del almacenamiento energético solar en términos de volumen y la penalización por masa en el transporte. En concreto se sugiere un micro reactor de alta temperatura refrigerado por gas y lecho de bolas (PBMR-HTGR) utilizando partículas TRISO como combustible que ofrecen una seguridad inherente y pasiva debido a su coeficiente negativo de reactividad térmica. La energía térmica se transforma en eléctrica por medio de un ciclo de gas cerrado tipo Brayton con recuperación de calor. Este proceso emplea una mezcla binaria de gases nobles, que consiste en un 72% de Helio y un 28% de Xenon, lo cual mejora la eficiencia de las turbomáquinas. El modelado termodinámico se ha realizado en Ebsilon. Los resultados alcanzan un rendimiento del ciclo del 25,7% y proporcionan una potencia eléctrica neta de 100 kWe. Además, se ha creado un sistema pasivo para rechazar los 223,76 kWt de calor residual en el vacío lunar. Este sistema incluye un ciclo secundario con una mezcla binaria de metales (NaK-78), tubos de calor y finalmente radiadores con matriz de grafito y fibra de carbono con un área de intercambio de 152,8 m2 y un peso de 667,7 kg.

Para concluir la investigación, el estudio logístico confirma que la construcción del reactor nuclear en la base lunar cumple la limitación de 6.000 kg impuesta por la NASA para poder ser transportada en un módulo de descenso lunar. Sin embargo, el estudio económico dicta que la viabilidad del proyecto depende de que en el futuro existan naves de lanzamiento superpesadas así como módulos de aterrizaje lunar pesados. Estos, gracias a su economía de escala, podrían llegar a reducir los gastos de alunizaje hasta los 100.000 $/kg.

El futuro de la misión depende no solo de los costes logísticos sino también de la creación de un nuevo marco normativo internacional que regule el despliegue civil y la operación de tecnologías nucleares en la superficie de un cuerpo celeste.