Cómo los RTG alimentan naves espaciales a miles de millones de kilómetros del Sol

Las baterías nucleares que exploran el cosmos

A más de 24.000 millones de kilómetros de la Tierra, la Voyager 1 continúa enviando datos desde el espacio interestelar, casi cinco décadas después de su lanzamiento en 1977. Ningún panel solar podría funcionar tan lejos del Sol. En cambio, la sonda depende de un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG), un dispositivo a menudo llamado "batería nuclear" que convierte el calor de la desintegración radiactiva en electricidad. Los RTG han alimentado más de dos docenas de misiones espaciales estadounidenses durante el último medio siglo, y siguen siendo la única tecnología probada para explorar el sistema solar exterior.

Cómo funciona un RTG

El principio es elegantemente simple. Un RTG contiene un núcleo de plutonio-238, un isótopo que genera un calor intenso a medida que sus átomos se desintegran de forma natural. Ese calor fluye hacia afuera a través de una matriz de termopares: pares de diferentes materiales semiconductores unidos en dos uniones. Cuando una unión está caliente (cerca del plutonio) y la otra está fría (de cara al vacío del espacio), la diferencia de temperatura impulsa una corriente eléctrica, un fenómeno conocido como el efecto Seebeck.

No hay partes móviles, ni turbinas, ni bombas. Nada que lubricar, nada que atascar. Esa simplicidad mecánica es la razón por la que los RTG pueden funcionar durante décadas sin mantenimiento, un rasgo crucial cuando el taller de reparación más cercano está a miles de millones de kilómetros de distancia.

¿Por qué plutonio-238?

No cualquier material radiactivo sirve. El plutonio-238 tiene una vida media de 87,7 años, lo que significa que libera calor lo suficientemente lento como para durar décadas, pero lo suficientemente intenso como para ser útil. Emite principalmente partículas alfa, que son fáciles de blindar y representan un riesgo de radiación mínimo una vez encapsuladas. Según el Departamento de Energía de EE. UU., el Pu-238 se purifica y encapsula en el Laboratorio Nacional de Los Álamos bajo estrictos protocolos de seguridad. Los RTG nunca han causado un accidente de nave espacial.

Un historial que abarca todo el sistema solar

Los RTG debutaron en el espacio en 1961 a bordo del satélite de navegación Transit 4A. Desde entonces, han alimentado una lista extraordinaria de misiones:

• Pioneer 10 y 11: las primeras sondas a Júpiter y Saturno (40 vatios cada una)
• Viking 1 y 2: los primeros aterrizadores exitosos en Marte
• Voyager 1 y 2: las únicas naves espaciales en el espacio interestelar (158 vatios cada una en el lanzamiento)
• Cassini: 13 años orbitando Saturno (292 vatios)
• New Horizons: la misión de sobrevuelo de Plutón
• Curiosity y Perseverance: rovers de Marte que utilizan el RTG multimisión (MMRTG) más nuevo, que proporciona alrededor de 110 vatios cuando está recién cargado

La próxima misión de la NASA alimentada por RTG es Dragonfly, un aterrizador de rotorcraft dirigido a la luna Titán de Saturno.

El lento declive

Los RTG no son inmortales. La desintegración del plutonio-238 reduce constantemente la producción de calor, y los materiales de los termopares se degradan con el tiempo. Los generadores de la Voyager 1, que suministraban unos 470 vatios en el lanzamiento, ahora producen aproximadamente dos tercios de eso, perdiendo aproximadamente 4 vatios por año. Los ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA han respondido apagando sistemáticamente los instrumentos para mantener la nave espacial con vida. Solo dos instrumentos científicos permanecen activos: un sensor de ondas de plasma y un magnetómetro.

"Todavía están funcionando muy bien, enviando datos desde una región del espacio que ninguna otra nave hecha por el hombre ha explorado jamás", dijo Kareem Badaruddin, gerente de la misión Voyager en el JPL.

Lo que viene después

Los ingenieros están desarrollando un plan llamado "el Big Bang", un intercambio simultáneo de múltiples componentes alimentados por alternativas de menor potencia, que podría extender la misión científica de la Voyager hasta la década de 2030. Mientras tanto, la NASA está diseñando RTG de próxima generación capaces de producir más de 250 vatios, lo que garantiza que las futuras sondas a los gigantes de hielo, las lunas oceánicas y más allá llevarán su propia fuente de energía confiable a la oscuridad.