Esta semana, o administrador da NASA, Jared Isaacman, anunciou que a agência desenvolverá “a primeira nave estelar movida a energia nuclear” antes do lançamento planejado para Marte em 2028.
Ambição Missionária, Conhecida como Graus de liberdade do Reator Espacial 1 (SR1), Muito além da missão proposta: Marte. Se for bem-sucedido, será o culminar de mais de 60 anos de experiências e projetos fracassados na propulsão nuclear e poderá potencialmente transformar as viagens espaciais interestelares.
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A ideia de uma nave espacial movida a energia nuclear traz à mente coisas como Programa Óriondesenvolvida na década de 1950, uma espaçonave é impulsionada pela onda de choque de uma série de rápidas explosões nucleares atrás dela. Outro projeto movido a energia nuclear foi o Projeto Daedalus, um estudo de projeto da Sociedade Interplanetária Britânica dos anos 1970 que propôs o uso de um motor de fusão nuclear.
O conceito SR-1 Freedom da NASA usará fissão nuclear Os reatores, como versões reduzidas dos tipos de usinas nucleares que abastecem as cidades da Terra, são usados para gerar a eletricidade que pode acionar motores iônicos.
No entanto, durante décadas, as missões da NASA utilizaram outra forma de energia nuclear no espaço, a gerador termoelétrico de radioisótoposou RTG. Qual a diferença entre o RTG e o sistema de propulsão elétrica nuclear que alimenta o SR-1 Freedom?
Alimentado pela decadência nuclear
Geradores termoelétricos de radioisótopos usam a energia térmica liberada por isótopos radioativos para gerar eletricidade decaimento radioativo O plutónio-238 tem uma meia-vida de quase 88 anos (o que significa que, em média, metade da sua quantidade sofrerá decaimento radioativo durante esse período), permitindo-lhe alimentar naves espaciais durante décadas, se necessário.
A história da NASA no uso de energia nuclear no espaço é quase tão longa quanto a própria Era Espacial. Na década de 1960, a agência financiou o programa Sistema de Energia Auxiliar Nuclear (SNAP). Como o nome sugere, o SNAP envolve o uso de energia derivada de energia nuclear em missões espaciais. De acordo com a NASAO primeiro a voar foi o SNAP-3 em 1961 carregando um RTG.
O RTG do SNAP-3 carrega 96 gramas de plutônio-238 e produz apenas 2,5 watts de potência. No entanto, as coisas evoluíram muito desde o início da década de 1960. Desde então a RTG realizou missões interestelares incluindo Pioneer 10 e 11 e Viajante 1 e 2 A nave espacial sai sistema solaresse novos horizontes Vá para Plutão e além, os módulos de aterrissagem e rovers Viking 1 e 2 de Marte curiosidade e vai.
Na verdade, os Mars Exploration Rovers, os antecessores do Curiosity e do Perseverance, expuseram a necessidade do RTG Espírito e ChanceAlimentada por energia solar pura, a energia diminui gradualmente à medida que a poeira marciana cobre os painéis solares.
Propulsão nuclear
Outro avanço que remonta à década de 1960 é a propulsão elétrica, talvez mais conhecida como “propulsão elétrica”. motor iônico. Ele funciona ionizando átomos que fazem parte de um propelente gasoso, como o xenônio ou o criptônio, e depois acelerando esses íons através de um bocal para fornecer impulso. Essa aceleração pode ser alcançada de duas maneiras. Uma delas é aplicar campos eletromagnéticos para criar o efeito Hall, que acelera os íons.
Outra forma é um propulsor de íons de grade, no qual íons carregados positivamente são injetados em uma “câmara de descarga”, onde se movem em direção a uma grade carregada negativamente e são acelerados por uma voltagem através de orifícios na grade, expelindo-os novamente através de um bocal, onde o motor iônico produz um suave brilho azul.
tarefas de espaço interior sistema solar Os íons podem ser ionizados pela eletricidade gerada pelo painel solar, por isso chamamos esse tipo de tecnologia de propulsão elétrica solar (SEP). No entanto, você pode se surpreender ao saber que os SEPs normalmente produzem menos de meio quilo de impulso.
Isso não é nada em comparação com os 8,8 milhões de libras de empuxo. sistema de lançamento espacial Será fornecido quando o foguete explodir Ártemis 2 missão lua. No entanto, a pequena quantidade de impulso do SEP é aditiva, acumulando-se ao longo do tempo, empurrando a nave espacial para velocidades de cerca de 320.000 quilómetros por hora ou mais, muito depois de foguetes químicos equivalentes terem ficado sem combustível.
SEPs têm sido usados para missões em órbita terrestre desde 1960. A primeira missão interestelar SEP foi da NASA espaço profundo 1 Em 1998, desde então tem sido muito utilizado em missões como a missão lunar SMART-1 da Agência Espacial Europeia e a missão lunar SMART-1 da NASA. alvorecer nave espacial visitada Ceres e Vesta existir cinturão de asteróides,assim como dardo impactar tarefas duplas asteróide Dídimo e Demófos 2022.
Substituir a energia solar pela energia nuclear no espaço profundo tem duas vantagens. Primeiro, torna mais fácil para as missões espaciais implantar motores iônicos em sistemas solares exteriores distantes. sol. Em segundo lugar, ele gera uma a duas ordens de magnitude a mais de potência do que um SEP, aumentando assim o empuxo e a massa da carga útil que pode transportar.
Os RTGs não são suficientemente potentes para realizar este tipo de trabalho, razão pela qual a propulsão eléctrica nuclear (NEP) requer reactores de fissão. O calor gerado pelo reator é convertido em energia elétrica, razão pela qual o gás propulsor utilizado no motor iônico é ionizado (carregado).
O reator de fissão de 20 quilowatts do SR-1 Freedom, que contém urânio pouco enriquecido e dióxido de urânio, estará localizado no final de uma longa barreira para garantir que a radiação que produz esteja bem distante do resto da espaçonave.
No SEP, uma grande parte da área total da espaçonave é dedicada a painéis solares. Na NEP, esses painéis solares foram substituídos por aletas de troca de calor para dissipar parte do excesso de calor no reator e evitar o derretimento de partes da espaçonave.
É importante notar que existe uma terceira variante do motor nuclear, a propulsão térmica nuclear, na qual a energia de um reator de fissão aquece o propelente, fazendo com que ele se expanda e exploda através de um bocal, criando impulso como um foguete mais tradicional.
perigo nuclear
É claro que a segurança é fundamental quando se envia material nuclear para o espaço, e as pessoas muitas vezes têm medo da palavra “nuclear”.
Em 1997, o programa de lançamento conjunto NASA/Agência Espacial Europeia gerou controvérsia Cassini-Huygens missão Saturno. Ele carregava três RTGs transportando 73 libras (33 quilogramas) de plutônio-238 entre os dois detectores.
O estudo de impacto ambiental da missão mostrou uma chance de 1 em 1.400 de um acidente durante o lançamento e uma chance de 1 em 476 de um acidente durante o voo através da atmosfera da Terra, o que poderia espalhar material radioativo não apenas por toda a Flórida, onde a Cassini-Huygens foi lançada, mas potencialmente por todo o globo, dependendo da altitude em que o acidente ocorreu. Isto causou séria preocupação em alguns setores, com protestos liderados pelo divulgador da ciência Michio Kaku pedindo o cancelamento do lançamento, mas a Cassini-Huygens seguiu em frente sem problemas, assim como todas as missões RTG subsequentes.
É claro que se toma cuidado para garantir que os materiais radioativos sejam protegidos tanto quanto possível em caso de acidente. O risco é minimizado ao embalar o material radioativo dentro de um bloco de grafite extremamente durável, que é suportado por uma camada de irídio e rodeado por um invólucro aeroespacial para proteger o RTG quando ele reentra na atmosfera.
Embora isto não forneça uma garantia absoluta, pode-se imaginar que qualquer reactor de fissão lançado no espaço exigiria protocolos de segurança semelhantes. Na verdade, existem restrições regulatórias muito rigorosas, tanto nos Estados Unidos como internacionalmente Envio de material nuclear para o espaço.
Outro problema é que a fissão nuclear é um processo altamente tóxico. envolve divisão átomoproduzindo resíduos radioativos e também energia. Ao utilizar reactores de fissão no espaço, estamos essencialmente a enviar pequenas quantidades de resíduos tóxicos por todo o sistema solar, o que no futuro poderá representar um perigo para quaisquer astronautas que os encontrem ou para qualquer biosfera que possa existir noutros planetas ou luas, como Marte ou luas. Europase um desses pacotes venenosos caísse lá.
A história do desenvolvimento de usinas nucleares
Esta não é a primeira vez que a NASA tenta usar a energia nuclear para propulsão. Em 1965, a agência lançou a missão SNAP-10A, a primeira e até agora a única implantação bem-sucedida de propulsão elétrica nuclear. Esta é também a primeira vez que um reator nuclear é lançado ao espaço. O reator operou normalmente por 43 dias antes de falhar e desligar, De acordo com o Departamento de Energia dos EUA.
No entanto, nos 61 anos desde o SNAP-10A, não houve mais missões bem-sucedidas demonstrando propulsão elétrica nuclear, mas muitas tentativas foram feitas. O mais recente projeto da NASA é DracoFoguete flexível de demonstração de operação lunar desenvolvido em parceria com DARPA, Lockheed Martin e BWX Technologies.
Infelizmente, devido a desafios técnicos e regulamentares, o programa DRACO foi suspenso em Janeiro de 2025, Naquele verão, antes de ser cancelado completamente Quando foi deixado de fora da proposta de orçamento federal para 2026. A DARPA afirma que os custos do programa já não justificam os benefícios, dado que os custos normais de lançamento estão a diminuir.
Agora, porém, a NASA parece ter mudado de atitude e renovado o seu interesse na propulsão nuclear. Há certamente boas provas de que a utilização da energia nuclear é vital se quisermos lançar missões interestelares mais regulares e enviar astronautas e grandes cargas úteis para Marte ou para outro lugar.
No entanto, a data de lançamento planeada da NASA para 2028 certamente não é tempo suficiente, e resta saber se a NASA conseguirá finalmente fazer esta tecnologia funcionar depois de mais de sessenta anos de tentativas. Se o fizerem, as melhorias na eficiência e na potência que traz aos motores de propulsão eléctrica poderão transformar as viagens espaciais, quer se trate do envio de astronautas a Marte ou de missões científicas ao sistema solar exterior.
