Com os sonhos de Marte nas mentes da NASA e de Elon Musk, missões tripuladas de longa distância através do espaço estão chegando. Mas você pode se surpreender ao saber que os foguetes modernos não são muito mais rápidos do que os foguetes do passado.
Há muitas razões da necessidade de nave espacial mais rápida, e os foguetes movidos a energia nuclear são uma maneira de acelerar o deslocamento de um ponto a outro do espaço.
O principal benefício da forma de energia sobre os foguetes tradicionais que queimam combustível ou os modernos foguetes elétricos movidos a energia solar permitiria o homem gastar menos tempo no espaço para chegar a pontos distantes, como Netuno ou a Via Láctea.
O maior problema é que houve apenas oito lançamentos espaciais dos EUA transportando reatores nucleares nos últimos 40 anos e a forma ainda não é completamente dominada e ainda apresenta alguns probleminhas.
No entanto, em 2019, as leis que regulam os voos espaciais nucleares mudaram e o trabalho já começou nesta próxima geração de foguetes. A informação é do portal The Conservation.
Por que a necessidade de velocidade?
O primeiro passo de uma viagem espacial envolve o uso de foguetes de lançamento para colocar uma nave em órbita. Esses são os grandes motores de queima de combustível que as pessoas imaginam quando pensam em lançamentos de foguetes e provavelmente não desaparecerão no futuro próximo devido às restrições da gravidade.
É quando uma nave chega ao espaço que as coisas ficam interessantes. Para escapar da gravidade da Terra e alcançar destinos no espaço profundo, as naves precisam de aceleração adicional. É aqui que os sistemas nucleares entram em jogo. Se os astronautas quiserem explorar qualquer coisa além da Lua e talvez de Marte, eles precisarão ir muito, muito rápido. O espaço é enorme, e tudo está longe.
Há duas razões pelas quais foguetes mais rápidos são ideais para viagens espaciais de longa distância: segurança e tempo.
Os astronautas em uma viagem a Marte seriam expostos a níveis muito altos de radiação que podem causar sérios problemas de saúde a longo prazo, como câncer e esterilidade. A blindagem contra radiação pode ajudar, mas é extremamente pesada e, quanto mais longa a missão, mais blindagem é necessária. A melhor maneira de reduzir a exposição à radiação é simplesmente chegar aonde você está indo mais rápido.
Mas a segurança humana não é o único benefício. À medida que as agências espaciais investigam mais longe no espaço, é importante obter dados de missões não tripuladas o mais rápido possível. A Voyager-2 levou 12 anos apenas para chegar a Netuno, onde tirou algumas fotos incríveis enquanto voava. Se a Voyager-2 tivesse um sistema de propulsão mais rápido, os astrônomos poderiam ter essas fotos e as informações que elas continham anos antes.
A velocidade é boa. Mas por que os sistemas nucleares são mais rápidos?
Sistemas de hoje
Uma vez que uma espaçonave tenha saido da gravidade da Terra, há três aspectos importantes a serem considerados ao comparar qualquer sistema de propulsão:
Impulso – quão rápido um sistema pode acelerar uma espaçonave
Eficiência de massa – quanto empuxo um sistema pode produzir para uma determinada quantidade de combustível
Densidade de energia – quanta energia uma determinada quantidade de combustível pode produzir
Hoje, os sistemas de propulsão mais comuns em uso são propulsão química – ou seja, foguetes regulares de queima de combustível – e sistemas de propulsão elétrica movidos a energia solar.
Os sistemas de propulsão química fornecem muito empuxo, mas os foguetes químicos não são particularmente eficientes e o combustível de foguete não é tão denso em energia. O foguete Saturno V que levou os astronautas à Lua produziu 35 milhões de Newtons de força na decolagem e transportou 950.000 galões de combustível. Embora a maior parte do combustível tenha sido usada para colocar o foguete em órbita, as limitações são aparentes: é preciso muito combustível pesado para chegar a qualquer lugar.
Os sistemas de propulsão elétrica geram impulso usando eletricidade produzida a partir de painéis solares. A maneira mais comum de fazer isso é usar um campo elétrico para acelerar íons, como no propulsor Hall. Esses dispositivos são comumente usados para alimentar satélites e podem ter uma eficiência de massa mais de cinco vezes maior do que os sistemas químicos. Mas eles produzem muito menos empuxo – cerca de três Newtons, ou apenas o suficiente para acelerar um carro de 0 a 100 km/h em cerca de duas horas e meia. A fonte de energia – o Sol – é essencialmente infinita, mas torna-se menos útil à medida que se afasta do Sol a nave.
Uma das razões pelas quais os foguetes movidos a energia nuclear são promissores é porque eles oferecem uma densidade de energia incrível. O combustível de urânio usado em reatores nucleares tem uma densidade de energia 4 milhões de vezes maior que a hidrazina, um propulsor químico típico de foguetes. É muito mais fácil levar uma pequena quantidade de urânio para o espaço do que centenas de milhares de galões de combustível.
Então, e quanto à eficiência de empuxo e massa?
Duas opções de energia nuclear
Os engenheiros projetaram dois tipos principais de sistemas nucleares para viagens espaciais.
A primeira é chamada de propulsão térmica nuclear. Esses sistemas são muito poderosos e moderadamente eficientes. Eles usam um pequeno reator de fissão nuclear – semelhante aos encontrados em submarinos nucleares – para aquecer um gás, como o hidrogênio, e esse gás é então acelerado através de um bocal de foguete para fornecer impulso. Engenheiros da NASA estimam que uma missão a Marte movida por propulsão térmica nuclear seria de 20% a 25% mais curta do que uma viagem em um foguete movido a produtos químicos.
Os sistemas de propulsão térmica nuclear são duas vezes mais eficientes que os sistemas de propulsão química – o que significa que geram o dobro de empuxo usando a mesma quantidade de massa de propelente – e podem fornecer 100.000 Newtons de empuxo. Isso é força suficiente para levar um carro de 0 a 100 km/h em cerca de um quarto de segundo.
O segundo sistema de foguete baseado em energia nuclear é chamado de propulsão elétrica nuclear. Nenhum sistema elétrico nuclear foi construído ainda, mas a ideia é usar um reator de fissão de alta potência para gerar eletricidade que então alimentaria um sistema de propulsão elétrica como um propulsor Hall. Isso seria muito eficiente, cerca de três vezes melhor do que um sistema de propulsão térmica nuclear. Como o reator nuclear pode gerar muita energia, muitos propulsores elétricos individuais podem ser operados simultaneamente para gerar uma boa quantidade de deslocamento.
Os sistemas elétricos nucleares seriam a melhor escolha para missões de alcance extremamente longo porque não requerem energia solar, têm eficiência muito alta e podem fornecer impulso relativamente alto. Mas, embora os foguetes elétricos nucleares sejam extremamente promissores, ainda há muitos problemas técnicos a serem resolvidos antes de serem colocados em uso.
Por que ainda não existem foguetes movidos a energia nuclear?
Os sistemas de propulsão térmica nuclear têm sido estudados desde a década de 1960, mas ainda não voaram no espaço.
Os regulamentos impostos pela primeira vez nos EUA na década de 1970 exigiam essencialmente exame caso a caso e aprovação de qualquer projeto espacial nuclear de várias agências governamentais e aprovação explícita do presidente. Juntamente com a falta de financiamento para a pesquisa de sistemas de foguetes nucleares, esse ambiente impediu a melhoria dos reatores nucleares para uso no espaço.
Isso tudo mudou quando o governo Trump emitiu um memorando presidencial em agosto de 2019. Embora defenda a necessidade de manter os lançamentos nucleares o mais seguros possível, a nova diretiva permite que missões nucleares com quantidades menores de material nuclear ignorem o processo de aprovação de várias agências. Apenas a agência patrocinadora, como a NASA, por exemplo, precisa certificar que a missão atende às recomendações de segurança. Missões nucleares maiores passariam pelo mesmo processo de antes.
Junto com esta revisão dos regulamentos, a NASA recebeu US0 milhões no orçamento de 2019 para desenvolver a propulsão térmica nuclear. A DARPA também está desenvolvendo um sistema de propulsão térmica nuclear espacial para permitir operações de segurança nacional além da órbita da Terra.
Após 60 anos de estagnação, é possível que um foguete movido a energia nuclear esteja indo para o espaço dentro de uma década. Esta conquista emocionante dará início a uma nova era de exploração espacial. As pessoas irão para Marte e experimentos científicos farão novas descobertas em todo o nosso sistema solar e além.
