O governo dos EUA está dando um passo sério em direção à propulsão nuclear baseada no espaço

Indústria Espacial

“A NASA pretende ir a Marte com este sistema.”

Daqui a quatro anos, se tudo correr bem, um motor de foguete com propulsão nuclear será lançado ao espaço pela primeira vez. O foguete em si será convencional, mas a carga impulsionada para a órbita será algo diferente.

A NASA anunciou na quarta-feira que está se associando ao Departamento de Defesa dos Estados Unidos para lançar um motor de foguete com propulsão nuclear ao espaço tão cedo quanto 2027. A agência espacial dos EUA investirá cerca de $300 milhões no projeto para desenvolver um sistema de propulsão de próxima geração para transporte no espaço.

“Com esse sistema, a NASA tem planos de ir para Marte”, afirmou Anthony Calomino, um engenheiro da NASA que lidera o programa de tecnologia de propulsão nuclear espacial da agência. “E esse teste realmente vai nos proporcionar essa base sólida.”

De Volta para o Futuro

Lançamento do foguete SpaceX Falcon 9 (closeup)

A propulsão química tradicional é excelente para lançar foguetes a partir da superfície da Terra, mas essas máquinas são terrivelmente ineficientes para se movimentarem pelo Sistema Solar. Elas não consomem combustível com parcimônia; pelo contrário, são extremamente gastadoras. Ir até Marte, por exemplo, exigiria uma enorme quantidade de propelente e oxidante líquido e levaria pelo menos seis meses. Para que os seres humanos se tornem verdadeiramente uma espécie espacial, é necessário encontrar uma maneira melhor.

Wernher von Braun, o engenheiro alemão que desertou para os Estados Unidos após a Segunda Guerra Mundial, reconheceu o potencial da propulsão nuclear térmica mesmo antes de seu foguete Saturn V levar seres humanos à Lua com a propulsão química. Eventualmente, isso levou a um projeto chamado NERVA (Motor Nuclear para Aplicação em Veículos Espaciais). No entanto, o projeto foi eventualmente cancelado para ajudar a financiar o Ônibus Espacial.

A ideia básica é simples: um reator nuclear aquece rapidamente um propelente, provavelmente hidrogênio líquido, e depois esse gás se expande e é expelido por uma saída, criando empuxo. No entanto, projetar tudo isso para a propulsão no espaço é um desafio, além das dificuldades regulatórias de construir um reator nuclear e lançá-lo com segurança ao espaço.

E, assim, a tecnologia de propulsão nuclear térmica ficou guardada na prateleira por muito, muito tempo. Finalmente, em 2020, as pessoas curiosas na Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos EUA disseram que queriam testar um sistema de propulsão nuclear térmica viável para voo. Isso plantou a semente para um programa chamado “Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations” (DRACO – Foguete de Demonstração para Operações Cislunares Ágeis). O interesse militar estava em movimentar cargas de forma eficiente ao redor da Terra e da Lua, daí a inclusão da palavra “cislunar”.

Mais tarde, a NASA juntou-se ao projeto, com o objetivo de desenvolver uma tecnologia semelhante para uma missão a Marte. A razão é óbvia: Muitos cientistas e engenheiros acreditam que a única forma sustentável de desenvolver um programa de exploração de Marte é através do uso de propulsão nuclear.

O Plano Futuro

Na quarta-feira, a NASA e a DARPA anunciaram que selecionaram a Lockheed Martin para ser a principal contratante para montar o veículo experimental do reator nuclear térmico (X-NTRV) e seu motor. A BWX Technologies será uma das parceiras da Lockheed Martin e ficará responsável por desenvolver o reator nuclear e fabricar o combustível de urânio pouco enriquecido de alto teor (high-assay low-enriched uranium) para alimentar o reator.

O valor do contrato é de US$ 499 milhões, afirmou Tabitha Dodson, gerente do programa na DARPA, em uma teleconferência com repórteres.

A NASA liderará o desenvolvimento do motor nuclear, e a DARPA supervisionará diversas outras questões, desde os requisitos regulatórios nucleares até as operações da missão e todas as análises de segurança do veículo. O reator nuclear será lançado no “modo frio” por motivos de segurança e só será ativado quando atingir uma órbita suficientemente alta.

Essa órbita final ainda está para ser determinada, mas provavelmente estará entre 700 e 2.000 km acima da superfície da Terra, de modo que o reingresso do veículo na atmosfera do planeta ocorrerá centenas de anos após quaisquer reações nucleares acontecerem.

O veículo movido a energia nuclear será lançado dentro do carenagem de carga de um foguete Falcon 9 ou Vulcan, disse Dodson, e terá uma aparência muito parecida com o estágio superior de um foguete convencional.

Ele será composto por um grande tanque de combustível de hidrogênio, um reator nuclear, uma estrutura de suporte da espaçonave e um bocal de propulsão. Uma vez que ele atingir uma órbita segura, o reator será ligado. O hidrogênio líquido será então aquecido de 20 Kelvin (apenas 20° Celsius acima do zero absoluto) para 2.700 Kelvin (2.400º Celcius) em menos de um segundo.

E depois? Bem, vamos ver. Existem algumas incertezas sobre o desempenho de um reator e seu combustível de urânio em gravidade zero.

“É importante ter em mente que este é um motor de demonstração”, disse Dodson. “E assim como qualquer outro teste de um motor de foguete, a NASA pode precisar fazer uma série de trabalhos de desenvolvimento de motores complementares para se aproximar de um motor operacional perfeito.”

Não se esqueça do hidrogênio

Este experimento é empolgante além do teste do motor nuclear. Enquanto muita tecnologia nova será empregada no desenvolvimento de um reator nuclear que possa operar em microgravidade, também será feito um grande esforço para gerenciar o propelente de hidrogênio líquido da espaçonave.

Até agora, o hidrogênio líquido só tem sido armazenado com sucesso no espaço por alguns dias, pois ele entra em ebulição acima da temperatura extremamente fria de 20 Kelvin. Dodson disse que esta missão tentará armazenar o hidrogênio líquido em seu estado ultrafrio por alguns meses, permitindo tempo suficiente para múltiplos testes do motor térmico nuclear.

Após o esgotamento do propelente, o motor não poderá mais operar, embora os controladores da missão em terra ainda mantenham comunicação com a espaçonave. A missão poderia ser estendida se a nave pudesse ser reabastecida de forma robótica, e Dodson disse que os projetistas da espaçonave estão tentando permitir essa possibilidade.

Talvez, até então, a NASA e a DARPA já tenham aprendido o suficiente para avançar no desenvolvimento de um motor operacional que será enviado a algum lugar no espaço.

A NASA disponibilizou mais informações em sua página oficial na internet.

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-darpa-experts-to-discuss-nuclear-rocket-program-developments

Fonte: Arstecnica / Eric Berger


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