A NASA planeja enviar missões tripuladas para Marte na próxima década, mas a jornada de 225 milhões de quilômetros até o planeta vermelho pode levar vários meses ou até anos, ida e volta. Esse tempo prolongado de viagem ocorre porque os foguetes atuais utilizam combustível químico. No entanto, uma alternativa chamada propulsão térmica nuclear pode reduzir o tempo de viagem pela metade.
A propulsão térmica nuclear utiliza a energia liberada pela fissão nuclear, o processo de dividir átomos, para impulsionar o foguete. Embora essa tecnologia já seja usada para geração de energia e em submarinos nucleares, seu uso em foguetes é uma novidade em desenvolvimento.
A NASA, em parceria com a DARPA (Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa), está trabalhando no desenvolvimento dessa tecnologia e planeja testar um sistema protótipo no espaço em 2027.
Diferença entre propulsão nuclear e química
Os foguetes convencionais utilizam reações químicas entre um propulsor leve, como o hidrogênio, e um oxidante. Quando esses dois componentes se misturam, geram uma explosão que empurra o foguete. Apesar de confiáveis, esses foguetes precisam levar oxigênio ao espaço, o que aumenta o peso da nave.
Por outro lado, a propulsão térmica nuclear aquece o propulsor (como o hidrogênio) usando a fissão nuclear. Em vez de queimar o combustível, a fissão divide átomos de urânio, liberando uma enorme quantidade de calor. Esse calor aquece o propulsor, que é então expelido pelo bocal do foguete para gerar empuxo (a força que move o foguete).
Essa tecnologia oferece várias vantagens sobre os foguetes químicos. A propulsão nuclear expulsa o propulsor muito mais rapidamente, gerando mais empuxo e permitindo que o foguete acelere mais rápido. Além disso, esses sistemas têm uma “impulsão específica” mais alta, ou seja, são mais eficientes no uso do combustível, o que reduz o tempo de viagem.
História da propulsão térmica nuclear
O governo dos EUA já investe no desenvolvimento de propulsão nuclear há décadas. Entre 1955 e 1973, a NASA e outros laboratórios testaram 20 motores nucleares em solo. No entanto, esses motores usavam urânio altamente enriquecido, que não é mais utilizado devido ao risco de proliferação nuclear.
Hoje, a pesquisa está focada no uso de um combustível menos enriquecido, o HALEU (urânio de baixo enriquecimento de alta dosagem). Apesar de mais seguro, esse combustível requer mais quantidade para gerar a mesma energia, o que torna o motor mais pesado. Pesquisadores estão desenvolvendo novos materiais para melhorar a eficiência e reduzir esse peso.
A NASA e a DARPA, por meio do programa DRACO, estão planejando lançar um foguete com essa tecnologia em 2027. Empresas como a Lockheed Martin estão desenvolvendo os reatores e os combustíveis que serão usados nesses foguetes.
Desafios e pesquisas em andamento
Antes que esses motores possam ser utilizados, engenheiros precisam projetar e testar os sistemas por meio de simulações. Essas simulações ajudam a entender como o motor se comportará durante o funcionamento, especialmente em momentos críticos como a partida e o desligamento, que envolvem grandes mudanças de temperatura e pressão.
Os reatores de propulsão térmica nuclear serão diferentes dos reatores usados atualmente para gerar energia, então é necessário desenvolver novas ferramentas de software para modelar seu funcionamento. No Instituto de Tecnologia da Geórgia, meu grupo de pesquisa desenvolve esses modelos, simulando como as variações de temperatura podem afetar o reator e a segurança do foguete.
Embora a computação envolvida nessas simulações seja complexa e cara, estamos trabalhando para criar ferramentas mais eficientes que possam um dia ajudar no desenvolvimento de foguetes nucleares para missões tripuladas a Marte.
Publicado em 05/10/2024 21h03
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