O poder de fusão é a tecnologia que está a 30 anos de distância, e sempre será, de acordo com os céticos, pelo menos. Apesar de sua difícil transição para uma fonte de energia confiável, as reações nucleares que fornecem energia ao sol têm uma ampla variedade de usos em outros campos. O mais óbvio está nas armas; as bombas de hidrogênio são até hoje as armas mais poderosas que já produzimos. Mas há outro caso de uso que é muito menos destrutivo e pode se provar muito mais interessante: drives espaciais.
O conceito de unidade de fusão, chamada de unidade de fusão direta (ou DFD), está em desenvolvimento no Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). Cientistas e engenheiros lá, liderados pelo Dr. Samuel Cohen, estão atualmente trabalhando na segunda iteração dele, conhecida como configuração reversa 2 do campo de Princeton (PFRC-2). Eventualmente, os desenvolvedores do sistema esperam lançá-lo no espaço para teste e, eventualmente, se tornar o sistema de acionamento principal de espaçonaves viajando por todo o sistema solar.
Já existe um alvo particularmente interessante no sistema solar externo que é semelhante à Terra em muitos aspectos – Titã. Seus ciclos de líquido e potencial para abrigar vida fascinaram os cientistas desde que começaram a coletar dados sobre ele. E se usarmos corretamente o DFD, poderíamos enviar uma sonda para lá em pouco menos de dois anos, de acordo com pesquisa feita por uma equipe de engenheiros aeroespaciais do Departamento de Física do New York City College of Technology, liderada pelo professor Roman Kezerashvili e acompanhado por dois bolsistas do Politecnico di Torino na Itália – Paolo Aime e Marco Gajeri.
Embora ainda em desenvolvimento, o próprio motor explora muitas das vantagens da fusão aneutrônica, mais notavelmente uma relação potência-peso extremamente alta. O combustível para um drive DFD pode variar ligeiramente em massa e contém deutério e um isótopo de hélio-3. Mesmo com quantidades relativamente pequenas de combustível extremamente poderoso, o DFD pode superar os métodos de propulsão química ou elétrica que são comumente usados hoje. O impulso específico do sistema, que é uma medida de quão efetivamente um motor usa combustível, é estimado para ser comparável aos motores elétricos, os mais eficientes disponíveis atualmente. Além disso, o motor DFD forneceria 4-5 N de empuxo no modo de baixa potência, apenas um pouco menos do que um foguete químico produziria em longos períodos de tempo. Essencialmente, o DFD pega o excelente impulso específico dos sistemas de propulsão elétrica e o combina com o excelente impulso dos foguetes químicos, para uma combinação que combina o melhor dos dois sistemas de vôo.
Todas essas especificações aprimoradas são ótimas, mas para serem úteis, elas precisam levar uma espaçonave em algum lugar. Os autores do artigo escolheram Titã, em grande parte porque fica relativamente longe, mas também extremamente interessante devido aos seus ciclos líquidos e moléculas orgânicas abundantes. A fim de mapear a melhor rota para a maior lua de Saturno, a equipe italiana colaborou com os desenvolvedores do DFD na PPPL e teve acesso aos dados de desempenho do motor de teste. Eles então puxaram alguns dados adicionais sobre os alinhamentos planetários e começaram a trabalhar na mecânica orbital. Isso resultou em dois caminhos potenciais diferentes, um onde o empuxo constante foi aplicado apenas no início e no final da jornada (chamado de perfil empuxo-costa-empuxo – TCT) e outro em que o empuxo foi constante durante o viagem.
Ambas as viagens envolveram mudar a direção do impulso para diminuir a velocidade da espaçonave para entrar no sistema saturnino. Fornecer impulso constante colocaria a viagem em um pouco menos de dois anos, enquanto o perfil do TCT resultaria em uma duração total de viagem de 2,6 anos para uma espaçonave muito maior do que a Cassini. Ambos os caminhos não exigiriam nenhum auxílio da gravidade, do qual as espaçonaves que viajam para os planetas exteriores têm se beneficiado regularmente.
A Cassini, a última missão famosa a visitar o sistema saturnino, usou uma série de assistências gravitacionais entre Vênus e a Terra para chegar ao seu destino, uma jornada que durou quase sete anos. Uma coisa importante a se observar, diz Marco Gajeri, o autor correspondente do artigo, é que a janela que torna essas viagens curtas as mais eficientes se abre por volta de 2046. Embora não seja exatamente 30 anos a partir de agora, isso dá à equipe da PPPL uma muito mais tempo para melhorar seu design atual.
Outros desafios surgem quando uma sonda habilitada com DFD atinge esse sistema saturniano, no entanto. Orbitar ao redor do segundo maior planeta do sistema solar é relativamente fácil. Transferir órbitas para sua lua maior é muito mais difícil. Resolver esse problema requer lidar com o problema dos três corpos, um problema de mecânica orbital notoriamente difícil que envolve resolver as órbitas de três corpos orbitais diferentes (ou seja, a espaçonave, Saturno e Titã).
Com toda a mecânica orbital fora do caminho e a espaçonave em segurança na órbita de Titã, ela pode começar a tirar proveito de outro dos benefícios do DFD – pode fornecer energia direta aos sistemas da espaçonave. A maioria das missões do sistema solar externo dependem de geradores térmicos de radioisótopos (RTGs) como fonte de energia. Mas um DFD é, na verdade, uma fonte de energia além de ser uma fonte de impulso. Se projetado corretamente, pode fornecer toda a energia de que uma espaçonave precisa para uma vida útil prolongada.
Essa extensão de vida da missão significa que o DFD pode ser útil em uma ampla gama de missões. Os autores que estudaram a missão a Titã também analisaram o potencial de uma missão aos objetos transnetuianos, que até agora só foram visitados pela New Horizons, que levou nove anos para chegar a Plutão. Desnecessário dizer que um DFD diminuiria drasticamente o tempo necessário para fazer essa viagem. E se estiver operacional nos próximos 30 anos, pode começar a servir como força motriz para todos os tipos de novas missões de exploração.
Publicado em 21/10/2020 10h52
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