Conceito do artista de um foguete térmico nuclear bimodal na baixa órbita de terra. Crédito: NASA
É claro que lançar um foguete movido por material radioativo também tem seus próprios riscos. Devemos tentar isso?
Digamos que você queira visitar Marte usando um foguete químico. Você sairia da Terra e entraria na 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 cruza com Marte após oito meses de vôo.
Isso é conhecido como transferência de Hohmann, e é a maneira mais eficiente de sabermos viajar no espaço, usando a menor quantidade de propelente e a maior quantidade de carga útil. O problema é claro, é o tempo que leva. Ao longo da jornada, os astronautas estarão consumindo alimentos, água, ar e serão expostos à radiação de longo prazo do espaço profundo. Então, uma missão de retorno duplica a necessidade de recursos e dobra a carga de radiação.
Ilustração artística do lançamento do Sistema de Lançamento Espacial, que eventualmente será o mais poderoso foguete já construído. Crédito: NASA
Nós precisamos ir mais rápido.
Acontece que a NASA tem pensado sobre o que vem depois de foguetes químicos por quase 50 anos.
Foguetes térmicos nucleares. Eles definitivamente aceleram a jornada, mas não são isentos de riscos, e é por isso que você não os viu. Mas talvez o tempo deles esteja aqui.
Em 1961, a NASA e a Comissão de Energia Atômica trabalharam juntas na idéia da propulsão térmica nuclear, ou NTP. Isso foi iniciado por Werner von Braun, que esperava que as missões humanas voassem 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 isso funciona.
Enquanto um foguete químico funciona, acendendo algum tipo de substância química inflamável e, em seguida, forçando os gases de escape para fora um bocal. Graças à terceira lei do bom e velho Newton, você sabe, para cada ação há uma reação igual e oposta, o foguete recebe um impulso na direção oposta aos gases expelidos.
Um foguete nuclear funciona de maneira semelhante. Uma esfera de mármore de combustível de urânio passa pelo processo de fissão, liberando uma tremenda quantidade de calor. Isso aquece um hidrogênio a quase 2.500 C, que é então expelido pela parte de trás do foguete em alta velocidade. Velocidade muito alta, dando ao foguete duas a três vezes a eficiência de propulsão de um foguete químico.
Lembre-se dos 8 meses que mencionei para um foguete químico? Um foguete térmico nuclear poderia reduzir o tempo de trânsito pela metade , talvez até 100 viagens de um dia a Marte. O que significa menos recursos consumidos pelos astronautas e uma menor carga de
E há outro grande benefício. O impulso de um foguete nuclear poderia permitir missões quando a Terra e Marte não estão perfeitamente alinhados. Agora, se você perder a sua janela, você tem que esperar mais 2 anos, mas um foguete nuclear poderia lhe dar o impulso para lidar com atrasos nos vôos.
Os primeiros testes de foguetes nucleares começaram em 1955 com o Project Rover no Laboratório Científico de Los Alamos. O principal desenvolvimento foi a miniaturização dos reatores o suficiente para colocá-los em um foguete. Nos anos seguintes, engenheiros construíram e testaram mais de uma dúzia de reatores de diferentes tamanhos e potências.
A primeira montagem experimental de motor de foguete nuclear (XE), em uma configuração de "fluxo frio", é mostrada sendo instalada no Stand de Teste de Motor No. 1 na Estação de Desenvolvimento de Foguetes Nuclear em Jackass Flats, Nevada.
Com o sucesso do Project Rover, a NASA voltou suas atenções para as missões humanas em Marte que seguiriam os landers da Apollo na Lua. Por causa da distância e do tempo de voo, eles decidiram que os foguetes nucleares seriam a chave para tornar as missões mais capazes.
Os foguetes nucleares não são 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 compensado pelo menor 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 humanos para Marte.
Projeto da NASA para um motor nuclear para aplicação de veículo de foguete (NERVA). Crédito: NASA
Eles testaram foguetes nucleares maiores e mais poderosos, no deserto de Nevada, liberando o gás hidrogênio de alta velocidade direto para a atmosfera. As leis ambientais eram muito menos rigorosas na época.
A primeira NERVA NRX foi finalmente testada por quase duas horas, com 28 minutos em potência máxima. E um segundo motor foi ligado 28 vezes e durou 115 minutos.
No final, eles testaram o reator nuclear mais potente 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 montados em um foguete pronto para vôo, os engenheiros ficaram satisfeitos com o fato de um foguete nuclear atender às necessidades de um vôo para Marte.
Mas então, os EUA decidiram que não queriam mais ir a Marte. Eles queriam o ônibus espacial.
O ônibus espacial Atlantis finaliza o programa de ônibus espaciais com um retorno precoce ao Kennedy Space Center, na Flórida. Crédito da foto: Mike Deep para o universe today
O programa foi fechado em 1973 e ninguém testou foguetes nucleares desde então.
Mas os recentes avanços na tecnologia tornaram a propulsão térmica nuclear mais atraente . Nos anos 60, a única fonte de combustível que eles poderiam usar era o urânio altamente enriquecido. Mas agora os engenheiros acham que podem sobreviver com urânio pouco enriquecido.
Isso seria mais seguro para se trabalhar e permitiria que mais instalações de foguetes fizessem testes. Também seria mais fácil capturar as partículas radioativas no escape e descartá-las adequadamente. Isso traria os custos gerais de trabalhar 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 qualquer papel a desempenhar no regresso da Artemis 2024 da NASA à Lua, “cita” a NASA para desenvolver um plano plurianual que permita uma demonstração de propulsão térmica nuclear incluindo a linha do tempo associada à demonstração espacial. e uma descrição das futuras missões e sistemas de propulsão e potência habilitados por esta capacidade. ”
A fissão nuclear é uma maneira de aproveitar o poder do átomo. Naturalmente, requer urânio enriquecido e gera resíduos radioativos tóxicos. E quanto a fusão? Onde átomos de hidrogênio são espremidos em hélio, liberando energia?
Nosso Sol é uma estrela da População II com cerca de 5 bilhões de anos. Ele contém elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio, incluindo oxigênio, carbono, néon e ferro, embora apenas em percentuais minúsculos. Imagem: NASA / Solar Dynamics Observatory.
O Sol tem a fusão trabalhada, graças à sua enorme massa e temperatura central, mas a fusão positiva e sustentável da energia tem sido evasiva para nós, seres humanos insignificantes.
Enormes experimentos como o ITER na Europa esperam manter a energia de fusão na próxima década. Depois disso, você pode imaginar reatores de fusão miniaturizados ao ponto de poderem desempenhar o mesmo papel que um reator de fissão em um foguete nuclear. Mas, mesmo que você não consiga obter reatores de fusão a ponto de obter energia líquida positiva, eles ainda podem fornecer uma tremenda aceleração para a quantidade de massa.
Construção da instalação de fusão nuclear do ITER na Europa. Crédito: ITER
E talvez não precisemos esperar décadas. Um grupo de pesquisa do Laboratório de Física de Plasma de Princeton está trabalhando em um conceito chamado de 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 é 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.
Ilustração da imagem do foguete da fusão do conceito de Princeton Satellite Systems. Crédito: Princeton Satellite Systems
Tal como acontece com o foguete de fissão, um foguete de fusão aquece um propelente a altas temperaturas e, em seguida, explode-o nas costas, produzindo empuxo.
Ele funciona alinhando um monte de ímãs lineares que contêm e giram plasma muito quente. As antenas ao redor do plasma estão sintonizadas com a 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 serem aceleradas pela 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 eletricidade necessária pela espaçonave longe do Sol, onde os painéis solares não são muito eficientes.
Um Drive Direto de Fusão seria capaz de levar uma missão de 10 toneladas para Saturno em apenas 2 anos, ou uma nave espacial de 1 tonelada da Terra para Plutão em cerca de 4 anos . New Horizons precisava de quase 10.
Como também é um reator de fusão de 1 megawatt, também fornecerá energia para todos os instrumentos da espaçonave quando ela chegar. Muito mais do que as baterias nucleares atualmente transportadas por missões espaciais como Voyager e New Horizons.
Imagine que tipos de missões interestelares podem estar sobre a mesa com essa tecnologia também.
E a Princeton Satellite Systems não é o único grupo que trabalha em sistemas como este. A Applied Fusion Systems solicitou uma patente para um motor de fusão nuclear que poderia fornecer impulso à espaçonave.
Eu sei que faz décadas desde que a NASA testou seriamente os foguetes nucleares como uma forma de reduzir os tempos 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 levarem a outros mundos. Como sempre, fique atento, eu vou deixar você saber quando um realmente voa.
Fonte - Universe Today
Fonte - Universe Today
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