O Sistema Solar é realmente um lugar grande e leva uma eternidade para viajar de mundo a mundo com foguetes químicos tradicionais. Mas uma técnica desenvolvida na década de 1960 pode fornecer uma maneira de reduzir drasticamente nossos tempos de viagem: foguetes nucleares.
Obviamente, o lançamento de um foguete movido a material radioativo também possui seus próprios riscos. Devemos tentar?
Digamos que você queira visitar Marte usando um foguete químico. Você decolaria da Terra e entraria em órbita baixa da Terra. Então, no momento certo, você dispararia seu foguete, elevando sua órbita do sol. A nova trajetória elíptica que você está seguindo se cruza com Marte após oito meses de voo.
Isso é conhecido como transferência de Hohmann, e é a maneira mais eficiente de saber como viajar no espaço, usando a menor quantidade de propulsor e a maior quantidade de carga útil. O problema, claro, é o tempo que leva. Ao longo da jornada, os astronautas consumirão comida, água, ar e serão expostos à radiação de longo prazo do espaço profundo. Então, uma missão de retorno dobra a necessidade de recursos e dobra a carga de radiação.
Precisamos ir mais rápido.
Acontece que a NASA está pensando sobre o que vem depois dos foguetes químicos por quase 50 anos.
Foguetes térmicos nucleares. Definitivamente, eles aceleram a jornada, mas não estão isentos de riscos, e é por isso que você não os viu. Mas talvez a hora deles esteja aqui.
Em 1961, a NASA e a Comissão de Energia Atômica trabalharam juntas na idéia de propulsão térmica nuclear, ou NTP. Isso foi pioneiro por Werner von Braun, que esperava que missões humanas estivessem voando para Marte na década de 1980, nas asas de foguetes nucleares.
Bem, isso não aconteceu. Mas eles realizaram alguns testes bem-sucedidos de propulsão térmica nuclear e demonstraram que funciona.
Enquanto um foguete químico funciona acendendo algum tipo de produto químico inflamável e forçando os gases de escape para fora de um bico. Graças à terceira lei de Newton, você sabe, para cada ação há uma reação igual e oposta, o foguete recebe um impulso na direção oposta dos gases expelidos.
Um foguete nuclear funciona de maneira semelhante. Uma bola do tamanho de mármore de combustível de urânio passa pelo processo de fissão, liberando uma quantidade enorme de calor. Isso aquece um hidrogênio a quase 2.500 C, que é expelido pela parte traseira do foguete em alta velocidade. Velocidade muito alta, dando ao foguete duas a três vezes a eficiência de propulsão de um foguete químico.
Lembra dos 8 meses que mencionei para um foguete químico? Um foguete térmico nuclear poderia reduzir o tempo de trânsito pela metade, talvez até 100 dias de viagem a Marte. O que significa menos recursos consumidos pelos astronautas e menor carga de radiação.
E há outro grande benefício. O impulso de um foguete nuclear pode permitir que missões ocorram quando Terra e Marte não estão perfeitamente alinhados. No momento, se você perder sua janela, terá que esperar mais 2 anos, mas um foguete nuclear poderá dar a você o impulso de lidar com os atrasos nos voos.
Os primeiros testes de foguetes nucleares começaram em 1955 com o Projeto Rover no Laboratório Científico Los Alamos. O principal desenvolvimento foi miniaturizar os reatores o suficiente para poder colocá-los em um foguete. Nos anos seguintes, os engenheiros construíram e testaram mais de uma dúzia de reatores de diferentes tamanhos e potências.
Com o sucesso do Projeto Rover, a NASA focou as missões humanas em Marte que seguiriam os pousos da Apollo na Lua. Por causa da distância e do tempo de vôo, eles decidiram que os foguetes nucleares seriam a chave para tornar as missões mais capazes.
Foguetes nucleares não estão isentos de riscos, é claro. Um reator a bordo seria uma pequena fonte de radiação para a tripulação de astronautas a bordo, o que seria superado pela diminuição do tempo de voo. O próprio espaço profundo é um enorme risco de radiação, com a constante radiação cósmica galáctica danificando o DNA do astronauta.
No final da década de 1960, a NASA criou o programa Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application, ou NERVA, desenvolvendo as tecnologias que se tornariam os foguetes nucleares que levariam os humanos a Marte.
Eles testaram foguetes nucleares maiores e mais poderosos, no deserto de Nevada, expelindo o gás hidrogênio de alta velocidade diretamente para a atmosfera. As leis ambientais eram muito menos rigorosas na época.
O primeiro NERVA NRX foi finalmente testado por quase duas horas, com 28 minutos na potência máxima. E um segundo motor foi ligado 28 vezes e funcionou por 115 minutos.
No final, eles testaram o reator nuclear mais poderoso já construído, o reator Phoebus-2A, capaz de gerar 4.000 megawatts de energia. Empurrando por 12 minutos.
Embora os vários componentes nunca tenham sido realmente montados em um foguete pronto para o vôo, os engenheiros ficaram satisfeitos com o fato de um foguete nuclear atender às necessidades de um voo para Marte.
Mas então, os EUA decidiram que não quer mais ir a Marte. Eles queriam o ônibus espacial.
O programa foi encerrado em 1973 e ninguém testou foguetes nucleares desde então.
Mas os recentes avanços da tecnologia tornaram a propulsão térmica nuclear mais atraente. Na década de 1960, a única fonte de combustível que eles podiam usar era o urânio altamente enriquecido. Mas agora os engenheiros pensam que podem sobreviver com urânio pouco enriquecido.
Seria mais seguro trabalhar com isso e permitiria que mais instalações de foguetes executassem testes. Também seria mais fácil capturar as partículas radioativas no escapamento e descartá-las adequadamente. Isso reduziria os custos gerais do trabalho com a tecnologia.
Em 22 de maio de 2019, o Congresso dos EUA aprovou US $ 125 milhões em financiamento para o desenvolvimento de foguetes de propulsão térmica nuclear. Embora este programa não tenha nenhum papel a desempenhar no retorno de Artemis 2024 da Lua à Lua, ele - cita - “convida a NASA a desenvolver um plano plurianual que permita uma demonstração de propulsão térmica nuclear, incluindo a linha do tempo associada à demonstração espacial. e uma descrição de futuras missões e sistemas de propulsão e energia habilitados por esse recurso ".
A fissão nuclear é uma maneira de aproveitar a potência do átomo. Obviamente, requer urânio enriquecido e gera resíduos radioativos tóxicos. E a fusão? Onde átomos de hidrogênio são espremidos em hélio, liberando energia?
A fusão do Sol deu certo, graças à sua enorme massa e temperatura central, mas a fusão positiva de energia sustentável foi ilusória por nós, seres humanos insignificantes.
Enormes experiências como o ITER na Europa esperam sustentar a energia de fusão na próxima década. Depois disso, você pode imaginar reatores de fusão sendo miniaturizados a ponto de desempenhar o mesmo papel que um reator de fissão em um foguete nuclear. Mas mesmo que você não consiga reatores de fusão a ponto de serem positivos para a energia líquida, eles ainda podem fornecer uma aceleração tremenda para a quantidade de massa.
E talvez não precisemos esperar décadas. Um grupo de pesquisa do Laboratório de Física de Plasma de Princeton está trabalhando em um conceito chamado Direct Fusion Drive, que eles acham que poderia estar pronto muito mais cedo.
É baseado no reator de fusão Princeton Field-Reversed Configuration, desenvolvido em 2002 por Samuel Cohen. O plasma quente de hélio-3 e deutério está contido em um recipiente magnético. O hélio-3 é raro na Terra e valioso porque as reações de fusão com ele não geram a mesma quantidade de radiação perigosa ou resíduos nucleares que outros reatores de fusão ou fissão.
Assim como o foguete de fissão, um foguete de fusão aquece um propulsor a altas temperaturas e depois o explode pelas costas, produzindo empuxo.
Ele funciona alinhando um monte de ímãs lineares que contêm e giram plasma muito quente. As antenas ao redor do plasma são sintonizadas na frequência específica dos íons e criam uma corrente no plasma. Sua energia é bombeada até o ponto em que os átomos se fundem, liberando novas partículas. Essas partículas vagam pelo campo de contenção até serem capturadas pelas linhas do campo magnético e são aceleradas na parte de trás do foguete.
Em teoria, um foguete de fusão seria capaz de fornecer 2,5 a 5 Newtons de empuxo por megawatt, com um impulso específico de 10.000 segundos - lembre-se de 850 de foguetes de fissão e 450 de foguetes químicos. Também estaria gerando a eletricidade necessária pela sonda distante do Sol, onde os painéis solares não são muito eficientes.
Um Direct Fusion Drive seria capaz de levar uma missão de 10 toneladas a Saturno em apenas 2 anos, ou uma espaçonave de 1 tonelada da Terra a Plutão em cerca de 4 anos. New Horizons precisava de quase 10.
Como também é um reator de fusão de 1 megawatt, também forneceria energia para todos os instrumentos da espaçonave quando ela chegasse. Muito mais do que as baterias nucleares atualmente transportadas por missões espaciais como Voyager e New Horizons.
Imagine que tipos de missões interestelares também podem estar sobre a mesa com essa tecnologia.
E Princeton Satellite Systems não é o único grupo trabalhando em sistemas como este. A Applied Fusion Systems solicitou uma patente para um mecanismo de fusão nuclear que poderia fornecer impulso para a espaçonave.
Eu sei que já faz décadas desde que a NASA testou seriamente foguetes nucleares como uma maneira de reduzir o tempo de voo, mas parece que a tecnologia está de volta. Nos próximos anos, espero ver novos hardwares e novos testes de sistemas de propulsão térmica nuclear. E estou incrivelmente empolgado com a possibilidade de unidades de fusão reais nos levar a outros mundos. Como sempre, fique atento, avisarei quando alguém realmente voar.
