@unpublished{upm65352,
          author = {Aroa Borrego Robledo},
            year = {2020},
           title = {Desarrollo y aplicaciones de la energ{\'i}a nuclear en la exploraci{\'o}n espacial},
           month = {September},
             url = {https://oa.upm.es/65352/},
        abstract = {Este trabajo va a mostrar los diferentes tipos de fuentes de energ{\'i}a usados para la exploraci{\'o}n espacial, detall{\'a}ndose brevemente los sistemas de energ{\'i}a solar y electroqu{\'i}mica, centr{\'a}ndose en la energ{\'i}a nuclear, m{\'a}s concretamente en los generadores t{\'e}rmicos de radiois{\'o}topos que se explicar{\'a} con m{\'a}s profundidad su funcionamiento y los modelos existentes.  En primer lugar, se analizar{\'a}n los distintos tipos de conversi{\'o}n energ{\'e}tica, d{\'o}nde se encuentran la conversi{\'o}n din{\'a}mica y est{\'a}tica, siendo la conversi{\'o}n est{\'a}tica la m{\'a}s empleada en el caso de los generadores t{\'e}rmicos de radiois{\'o}topos y la conversi{\'o}n din{\'a}mica la m{\'a}s empleada en los reactores nucleares.  Tambi{\'e}n se detallar{\'a}n qu{\'e} radiois{\'o}topos cumplen los requisitos para ser empleados como combustibles de los generadores, ya que, pese a que actualmente se conocen cerca de 1.500 radiois{\'o}topos, incluyendo tanto los naturales como los artificiales, no todos poseen las especificaciones necesarias para ser una fuente de calor eficiente de los generadores. Los combustibles de los RTGs tienen que emitir radiaci{\'o}n de alta energ{\'i}a y de f{\'a}cil absorci{\'o}n, poseer un per{\'i}odo de semidesintegraci{\'o}n moderado, tener una alta densidad de potencia, alta disponibilidad y bajo coste. De este modo los radiois{\'o}topos que cumplen todas, o la mayor{\'i}a de las caracter{\'i}sticas anteriores, son el Plutonio-238, el Americio-241, el Curio-242, el Curio-244, el Estroncio-90, el Cesio-137, el Cerio-144, el Promecio-147, el Polonio-210, el Cobalto-60, el Rutenio-106 y el Tulio-170. En el trabajo se comentar{\'a}n las caracter{\'i}sticas m{\'a}s destacables de cada uno de estos is{\'o}topos.  Despu{\'e}s, se realizar{\'a} una serie de c{\'a}lculos para determinar m{\'a}s propiedades de los radiois{\'o}topos previamente mencionados como la concentraci{\'o}n inicial y la potencia t{\'e}rmica espec{\'i}fica de estos radiois{\'o}topos.  A continuaci{\'o}n, se mostrar{\'a} ordenando cronol{\'o}gicamente una recopilaci{\'o}n del avance tecnol{\'o}gico que han sufrido los RTGs a lo largo de los a{\~n}os, dividi{\'e}ndose en dos etapas principales, los primeros tiempos entre 1960 y 1970 y despu{\'e}s de 1970.  En los primeros tiempos destacan misiones como Nimbus III, Pioneer 10 y 11, Viking 1 y 2, todas ellas alimentadas con SNAPs-19, cuyo combustible era Plutonio-238, y las misiones Apollo que pose{\'i}an SNAPs-27, que tambi{\'e}n empleaba como combustible el radiois{\'o}topo Plutonio-238, tambi{\'e}n hubo otros SNAPs como el SNAP-21 o el SNAP-23 que emplearon como combustible el Estroncio-90.  En el per{\'i}odo desde despu{\'e}s de 1970 hasta la actualidad destacan las misiones Voyager 1 y 2 con un MHW-RTG, las misiones Galileo, Ulysses, Cassini-Huygens y New Horizons con un GPHS-RTG y por {\'u}ltimo las misiones Curiosity y Perseverance que ten{\'i}an un MMRTG. De entre todas estas misiones la m{\'a}s reciente es el rover Perseverance, que ha sido el {\'u}ltimo RTG lanzado al espacio el 30 de julio de 2020. A diferencia de en la etapa anterior, en este segundo per{\'i}odo todos los generadores t{\'e}rmicos de radiois{\'o}topos han empleado Plutonio-238.  Adem{\'a}s de analizar las tecnolog{\'i}as empleadas en la construcci{\'o}n y desarrollo de los RTGs, tambi{\'e}n se analizar{\'a}n dos tipos de generadores que est{\'a}n actualmente en investigaci{\'o}n, un generador de la ESA cuya fuente de calor es el Americio-241 y, un generador DIPS, que destaca por emplear un sistema de conversi{\'o}n de energ{\'i}a din{\'a}mico.  En este recorrido a lo largo de la historia de los RTGs se observar{\'a} c{\'o}mo se han ido cambiando los diferentes materiales termoel{\'e}ctricos e incluso combustibles, siempre con el objetivo de conseguir la mayor eficiencia energ{\'e}tica y la mayor optimizaci{\'o}n del combustible, aunque primando siempre la seguridad en caso de que se produzca un fallo en la misi{\'o}n. Tambi{\'e}n se apreciar{\'a}n los numerosos descubrimientos que se han realizado gracias a estos dispositivos, llegando a planetas, asteroides y distancias dif{\'i}cilmente alcanzables para otro tipo de fuentes de energ{\'i}a.  Para cinco misiones de distintos per{\'i}odos de duraci{\'o}n, siendo los per{\'i}odos 100 d{\'i}as, 1 a{\~n}o, 10 a{\~n}os, 20 a{\~n}os y 30 a{\~n}os, se han realizado una serie de c{\'a}lculos para determinar los radiois{\'o}topos {\'o}ptimos para alcanzar con {\'e}xito el objetivo de las misiones, el cual es tener al final de su vida una potencia el{\'e}ctrica de 100 We. Para determinar los radiois{\'o}topos {\'o}ptimos se han empleado los 12 radiois{\'o}topos anteriormente mencionados que cumplen la mayor{\'i}a de las especificaciones establecidas para ser combustibles de un RTG y se han realizado una serie de c{\'a}lculos para determinar datos necesarios como son las constantes de desintegraci{\'o}n, las actividades finales, las cantidades y masas finales y las cantidades iniciales de radiois{\'o}topos necesarias para acabar la misi{\'o}n exitosamente. Para la realizaci{\'o}n de estos c{\'a}lculos se ha supuesto que la eficiencia del RTG es del 6.7\% por lo que la potencia t{\'e}rmica final ser{\'i}a de 1.492,53 Wth.  Con los datos obtenidos, se calcula la masa inicial necesaria de cada radiois{\'o}topo para completar la misi{\'o}n y el coste de emplear dicho radiois{\'o}topo para cada misi{\'o}n.  Para realizar las recomendaciones de los mejores radiois{\'o}topos se debe de tener en cuenta la disponibilidad de recursos, el presupuesto, y la duraci{\'o}n de la misi{\'o}n. Con el objetivo de obtener un presupuesto m{\'a}s fiable, se suma al coste de emplear el radiois{\'o}topo en la misi{\'o}n al coste de enviar la masa de radiois{\'o}topo necesaria al espacio, para realizar este c{\'a}lculo se tiene en cuenta que, seg{\'u}n fuentes oficiales de la NASA, el precio de enviar un kilogramo de masa al espacio es de unos 10.000 d{\'o}lares americanos, que son unos 8.508 euros.  Para finalizar, el uso de estos dispositivos permite llevar la exploraci{\'o}n espacial hasta l{\'i}mites insospechados, habiendo actualmente varias misiones activas que han completado sus objetivos exitosamente e incluso han alcanzado el espacio interestelar. Adem{\'a}s, la investigaci{\'o}n de numerosos planetas por parte de distintas sondas cuya fuente de potencia el{\'e}ctrica era uno o varios generadores t{\'e}rmicos de radiois{\'o}topos, no hubiese sido posible con otras tecnolog{\'i}as debido a las condiciones extremas del espacio, as{\'i} como las limitaciones de otras fuentes de energ{\'i}a.}
}