Por qué Philae no lleva un generador de radioisótopos
El pasado 12 de noviembre la sonda europea Philae aterrizó accidentadamente en el cometa Churyumov-Gerasimenko. 57 horas después la sonda dejó de transmitir datos a la Tierra y entró en hibernación al agotarse sus baterías. La corta duración de la misión ha sido objeto de polémica estas últimas semanas y son muchos los que se preguntan por qué Philae no ha sido equipada con un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG por sus siglas en inglés o RITEG en ruso), un sistema que le habría permitido seguir funcionando durante años. Obviamente, una nave equipada con RTGs es la única opción si queremos ir más allá de la órbita de Júpiter o si simplemente no queremos depender de las estaciones o la climatología local. ¿Entonces por qué la agencia espacial europea (ESA) no ha lanzado nunca ninguna nave con RTGs?
Un RTG emplea una pequeña cantidad de un isótopo radiactivo para crear electricidad a partir del calor generado por su desintegración. La conversión del calor en electricidad mediante termopares en un RTG es poco eficiente, del orden del 5%, y sin embargo los RTGs aventajan claramente los paneles solares. Para que nos hagamos una idea, los paneles solares suelen producir unos 2 vatios de electricidad por cada kilogramo de instalación, mientras que los RTG alcanzan entre 3 y 7 vatios por kg. La pregunta entonces debería ser más bien por qué no todos los vehículos espaciales usan RTGs en vez de ‘ineficientes’ paneles solares.
Evidentemente, porque los RTGs presentan una serie de problemas políticos y medioambientales nada triviales. La viabilidad del uso de los RTGs dependerá de una serie de factores bastante complejos. La primera cuestión es qué isótopo radiactivo vamos a usar en un RTG, ya que dependiendo del material elegido estaremos ante escenarios políticos muy distintos. Los isótopos de un RTG deben cumplir cinco requisitos importantes. El primero es la vida media del isótopo elegido. Debido a la duración de las misiones espaciales actuales, los RTG deben ser capaces de funcionar durante años sin problemas. Esto descarta automáticamente isótopos con vidas medias de pocos meses, como es el caso del polonio-210 empleado en las sondas soviéticas Lunojod de los años 70. El segundo factor es el tipo de radiación emitida, tanto por el isótopo principal como por los secundarios generados por la desintegración del primario. Nos interesan aquellos isótopos que emitan preferentemente radiación alfa y no beta o gamma por motivos de seguridad de cara al personal que trabaje con los RTG y para reducir al máximo el blindaje y el peso del aparato. Además, los isótopos deben tener poca solubilidad en agua y ser químicamente estables a altas temperaturas (por si el cohete explota durante el lanzamiento), así como formar compuestos químicos estables y sólidos que permitan su manejo de forma sencilla. Por último, hay que tener en cuenta la facilidad y el coste de fabricar el isótopo seleccionado.
Con estos requisitos en la mano podemos descartar la mayor parte de isótopos con una vida media larga que tienen el potencial de ser usados en RTG. Los candidatos usuales son: plutonio-238, americio-241, curio-244, estroncio-90, gadolinio-148, tritio y cadmio-113. El curio-244 presenta una emisión de neutrones demasiado alta, mientras que el estroncio-90 produce muchos electrones (radiación beta), que a su vez generan rayos X (lo que se traduce en requisitos de seguridad más estrictos y más blindaje, o sea, más dinero). El gadolinio-148 y el cadmio-113 sólo se pueden fabricar en muy pequeñas cantidades porque se sintetizan en aceleradores de partículas, y además el cadmio-113 no posee ningún compuesto químico estable conocido. Por su parte, el tritio carece de compuestos sólidos a altas temperaturas. Por lo tanto, sólo nos quedan el Pu-238 y el Am-241, que pueden ser usados en RTGs formando los compuestos dióxido de plutonio y trióxido de americio, respectivamente.
El Pu-238 ha sido usado en todos los RTGs que han viajado al espacio en misiones estadounidenses, mientras que el americio-241 es la gran esperanza blanca del futuro de los RTGs. Y aquí es donde empiezan los problemas políticos. A pesar de lo que cree mucha gente, el plutomio-238 no tiene ninguna aplicación armamentística (para las bombas nucleares nos interesa principalmente el plutonio-239, entre otros isótopos), pero sin embargo su proceso de síntesis sí que está relacionado con el mundillo militar. Para obtener plutonio-238 debemos irradiar con neutrones blancos de neptunio-237 dentro de un reactor nuclear especialmente diseñado para tal fin. Puesto que el plutonio-238 no tiene ninguna aplicación práctica más allá de los RTG, podemos entender que la factura de la fabricación de este isótopo sea, literalmente, astronómica.
Por estos motivos, solamente hay tres países que poseen la tecnología para sintetizar Pu-238: Estados Unidos, Rusia y China. Los EEUU han reanudado recientemente la producción de este isótopo después de un parón de 25 años tras ver cómo sus reservas disminuían peligrosamente (de hecho, el plutonio que usa Curiosity es de origen ruso), mientras que se desconoce el estado actual de la producción -o las reservas- en Rusia. China se ha sumado muy recientemente a este selecto club (la sonda lunar Chang’e 3 lleva Pu-238), pero tampoco sabemos cuánta cantidad está fabricando al año. Obviamente, ninguno de estos países es miembro de la ESA, así que la agencia espacial europea se vería obligada a depender de estas naciones si quisiese usar RTGs en sus sondas espaciales. El Reino Unido posee cierta cantidad de Pu-238, pero es insuficiente para construir el RTG de una sonda espacial como Rosetta o Philae.
¿Y el americio-241? Actualmente su producción anual es irrisoria. No obstante, se puede obtener a partir de la irradiación del Pu-238, lo que no es especialmente útil (si ya tenemos Pu-238 no nos hace falta el Am-241), o de la desintegración del Pu-241 presente en las reservas de ‘plutonio civil’ (o sea, no enriquecido para uso militar) de algunos reactores nucleares. Este último caso es el que nos interesa. El proceso de obtención del Am-241 a partir del plutonio civil no es en absoluto sencillo o barato, pero sí es menos engorroso que el del Pu-238. Nadie ha fabricado nunca un RTG de americio-241, más que nada porque su potencia es una cuarta parte que la de uno de plutonio. Es decir, con la misma masa un RTG de americio sólo generaría el 25,5% de la electricidad que genera un RTG de plutonio. A cambio, su vida media es mucho más elevada (433 años frente a 88 años, lo que de paso convierte al Am-241 en el único isótopo válido para RTG en misiones interestelares) y su fabricación no tiene tantas implicaciones políticas negativas, aunque sigue requiriendo el uso de reactores nucleares y procesos ad hoc que son bastante costosos. La ESA inició en la década pasada un programa para estudiar la viabilidad de fabricar RTG de Am-241 usando el National Nuclear Laboratory (NNL) del Reino Unido, pero desgraciadamente esta iniciativa no ha salido adelante por su alto coste y el poco interés en el asunto que han mostrado los gobiernos de los países miembros de la agencia espacial europea.
Y así llegamos a la misión Rosetta y la pequeña Philae. Diseñada y construida hace más de quince años, Philae nunca tuvo la opción de tener un RTG por tratarse de una misión totalmente europea. La NASA se retiró en su momento de Rosetta cuando se suponía que iba a ser una misión de retorno de muestras -la lista de plantones de la agencia norteamericana a la europea es sorprendentemente larga- y evidentemente no iba a participar en este proyecto con un RTG (la misión original de retorno de muestras sí debía contar con generadores de radioisótopos). Rusia podría haber colaborado con la ESA en este punto, pero por motivos políticos los gobiernos de Europa occidental siempre han intentado mantener al mínimo la colaboración con este país. Es por esto que la decisión de Jean-Jacques Dordain de cooperar con Rusia en el programa ExoMars después de que la NASA dejase colgada a la ESA -sí, otra vez- fue tan revolucionaria como audaz.
Eso sí, aunque Philae sólo tiene una masa de unos 100 kg, el peso no parece ser un inconveniente tan importante a la hora de decantarse por los RTG, porque tampoco es cuestión de usar un RTG de 43 kg como el de Curiosity. Puesto que los paneles de Philae generan un máximo de 11 W aproximadamente, hubiese bastado usar un RTG de 15 kg para generar unos 40 W (como los primeros RTG de tipo SNAP). En todo caso, añadir un RTG a Philae era un objetivo imposible debido a su enorme coste. Como hemos visto, los RTG no son precisamente baratos y Rosetta ya era una misión muy cara para los presupuestos que maneja la ESA.
¿Cuestión zanjada? En absoluto. Usar RTG en Philae nunca fue una opción, pero sí se podían haber empleado calefactores con radioisótopos o RHU (Radioisotope Heater Unit) para calentar la sonda y prolongar la vida útil de las baterías (sondas con paneles solares como la Mars Pathfinder, Spirit o Opportunity llevaban RHUs). Ya hemos mencionado que el Reino Unido no tiene suficiente Pu-238 para crear un RTG, pero sí podría fabricar hasta 25 RHUs con una potencia de 5 W cada uno. Si Philae hubiera usado RHUs su vida útil habría sido mayor, al igual que las posibilidades de que pueda despertar después de su hibernación. Naturalmente, su empleo también habría incrementado el coste final de Philae y Rosetta, pero no tanto como un RTG.
Sea como sea, Europa debe plantearse si quiere seguir dependiendo de otros países para viajar más allá de Júpiter o, simplemente, para mejorar otras sondas espaciales como Philae. Sin RTGs, el sistema solar exterior y muchas regiones del sistema solar interior a las que no llega la luz del Sol de forma constante siempre serán territorios vedados para las naves espaciales europeas.
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