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NASA busca energia nuclear para viajar a Marte

Após meio século de hiato, a agência volta a desenvolver reatores e tem um teste previsto para os próximos meses

NASA
Quatro estações de energia nuclear modulares baseadas em fissão são mostradas nessa ilustração de um posto avançado da NASA em Marte
Enquanto a NASA faz planos para, um dia, enviar humanos a Marte, uma das principais brechas técnicas que a agência busca superar diz respeito a como fornecer energia suficiente na superfície do planeta vermelho para a produção de combustível, habitações e outros equipamentos. Uma opção: pequenos reatores de fissão nuclear dividindo átomos de urânio para gerar calor, que é, então, convertido em energia elétrica.

O setor de desenvolvimento de tecnologia da NASA tem financiado um projeto chamado Kilopower há três anos, com o objetivo de demonstrar o sistema na Área de Segurança Nacional de Nevada, próxima a Las Vegas. O teste está programado para começar em setembro deste ano e terminar em janeiro de 2018.

A última vez em que a NASA testou um reator de fissão nuclear foi durante o programa Sistema Nuclear de Potência Auxiliar (SNAP, na sigla em inglês), nos anos 1960, o qual desenvolveu dois tipo de sistemas de energia nuclear. O primeiro sistema - geradores termoelétricos de radioisótopos (RTGs, na sigla em inglês) - gera calor liberado pelo decaimento natural de um elemento radioativo, como o plutônio. Os RTGs alimentaram dezenas de sondas espaciais ao longo dos anos, incluindo o Curiosity, atualmente explorando Marte.

A segunda tecnologia desenvolvida com o SNAP foi um reator de fissão de átomos. O SNAP-10A foi a primeira - e, até então, única - usina de energia nuclear dos Estados Unidos a operar no espaço. Lançado em 3 de abril de 1965, a SNAP-10A operou por 43 dias, produzindo 500 watts de energia elétrica, antes da falha de um equipamento não relacionado terminar com a demonstração. A nave espacial permanece na órbita da Terra.

A Rússia tem sido bem mais ativa desenvolvendo e voando com naves espaciais utilizando a energia de pequenos reatores nucleares, incluindo 30 Satélites de Reconhecimento Oceânico por Radar (RORSAT, na sigla em inglês), os quais voaram entre 1967 e 1988, e sistemas TOPAZ mais avançados. TOPAZ é um acrônimo, em inglês, para Experiência Termiônica com Conversão em Zona Ativa.

Renascimento da energia nuclear

A NASA financiou vários esforços de tecnologia de energia nuclear nos 50 anos desde o SNAP, mas questões financeiras, políticas e técnicas impediram o desenvolvimento. Há três anos, o Programa de Desenvolvimento de Inovação da agência apoiou o Kilopower com o objetivo de construir e testar um pequeno reator de fissão até 30 de setembro de 2017, final do atual ano fiscal. O projeto custa cerca de US$ 15 milhões.

"Será a primeira vez que operamos um reator de fissão que poderia ser usado no espaço desde o programa SNAP dos anos 1960", disse Lee Mason, que supervisiona o desenvolvimento de tecnologia de energia e armazenamento de energia no Centro de Pesquisa Glenn da NASA, em Cleveland.

Os testes de setembro estão projetados para validar o desenho e a performance do Kilpower. Depois disso, a NASA estaria pronta para prosseguir com o desenvolvimento de um sistema de maior fidelidade para testes em Marte ou em outros lugares, disse Mason.

O reator de teste, que tem cerca de 1,9 metros de altura, é projetado para produzir até um quilowatt de energia elétrica; mas, para manter os custos baixos, a unidade de teste não incluiu uma série completa de motores Stirling para converter em calor a energia gerada pelo processo de fissão. Simuladores termais serão usado para o equilíbrio dos motores para verificar a potência do reator, segundo Mason em um entrevista à SPACE.com.

O interesse da NASA na fissão ressurgiu após um estudo de 2010 que analisou alternativas para sistemas RTG.

“Naquele ponto, estávamos tentando encontrar um pequeno reator de fissão que fornecesse uma potência energética similar aos sistemas de energia de radioisótopos”, disse Mason.

Engenheiros da NASA imaginam que expedições humanas para Marte exigirão um sistema capaz de gerar cerca de 40 quilowatts de energia, o que é quase o necessário para "cerca de oito casas na Terra", de acordo com a agência. O RTG da Curiosity foi projetado para fornecer cerca de 125 watts - menos energia do que o necessário para alimentar um forno de microondas -, embora os níveis de energia caiam à medida que o plutônio radioativo decai.

A energia solar é outra opção, mas ela restringiria a geração de energia a regiões suficientemente expostas à luz solar para carregar baterias. Dentro da Cratera Shackleton da Lua, por exemplo - um dos principais candidatos para pequenas expedições lunares devido aos seus recursos hídricos - a escuridão é total. Os pontos mais ensolarados em Marte recebem apenas cerca de um terço da quantidade da luz solar recebida pela Terra.

“Se você quer poder aterrissar em qualquer lugar, a energia gerada por fissão é uma estratégia chave”, disse Michele Rucker, engenheira no Centro Espacial Johnson da NASA em Houston, durante uma apresentação do grupo de trabalho Operações Futuras no Espaço da NASA, em dezembro.

Reatores de fissão também podem continuar a trabalhar em condições adversas de clima, como as onipresentes tempestades de poeira de Marte.

"Pousamos algumas coisas realmente legais em Marte e elas tinham alguns sistemas de energia bastante notáveis… Contudo, não serviram para missões humanas", disse Mason durante o encontro Humanos em Marte no mês passado, em Washington.

O maior demanda por energia para expedições humanas futuras será para abastecer os equipamentos que produzirão combustível, ar e água, além de fazer as habitações funcionarem, e recarregar baterias dos rovers e de equipamentos espaciais. A NASA prevê o envio de quatro ou cinco pequenos reatores de fissão, cada um deles capaz de gerar cerca de 10 quilowatts de energia, para Marte, disse Mason no encontro Humanos em Marte.

As unidades seriam lançadas “frias”, e ativadas uma vez que chegassem aos seus destinos.

"Elas não estão funcionam no lançamento mas, uma vez que se abastece um RTG, ele começa a funcionar e é preciso processar a saída térmica", disse Mason. "Os reatores também têm um inventário radiológico muito baixo - menos de 5 curies - por isso são seguros... Não há produtos de fissão até o reator estar ligado, e é quando haverá alguma radiação."

Parceiros do projeto Kilopower incluem o Centro de Pesquisa Glenn da NASA, o Departamento de Energia, o Laboratório Nacional Los Alamos e o Complexo de Segurança Nacional Y12, que fornece o urânio do reator.

Irene Klotz, SPACE.com

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