Há décadas que os engenheiros sonham impulsionar naves espaciais não apenas com energia solar ou motores químicos, mas também com a força da cisão nuclear. Agora, a NASA avança com a missão «Space Reactor-1 Freedom»: um reator nuclear compacto deverá demonstrar no espaço como será possível chegar mais depressa a mundos distantes, como Marte, e abastecê-los de forma contínua.
Dos painéis solares ao reator nuclear
Até agora, a exploração espacial dependeu quase por completo da luz solar. As grandes velas solares usadas em muitas sondas fornecem energia, mas depressa atingem os seus limites: quanto mais longe uma nave se encontra do Sol, menor é a potência disponível.
Um reator a bordo deverá fornecer cerca de 20 quilowatts de potência elétrica, de dia e de noite, sem depender da luz solar.
Marte recebe apenas cerca de 43% da energia solar que chega à Terra. Além disso, tempestades de poeira gigantescas cobrem regularmente o planeta. Durante esses períodos, veículos de exploração como o «Opportunity» perderam a sua fonte de energia e acabaram por parar definitivamente.
É precisamente este problema que a missão SR1 Freedom pretende enfrentar. A sonda transportará um reator compacto de cisão, capaz de produzir calor através da divisão controlada de urânio e de o converter em eletricidade. A NASA planeia usar urânio pouco enriquecido e transformar o calor em energia elétrica através do chamado ciclo de Brayton. O princípio é usado nas modernas turbinas a gás na Terra, mas será miniaturizado para funcionar no espaço.
Como deverá decorrer a missão
O lançamento está previsto para dezembro de 2028, provavelmente a bordo de um foguetão de carga pesada como o Falcon Heavy ou de um lançador comparável. Numa primeira fase, o foguetão colocará a sonda em órbita terrestre e, depois, numa trajetória de escape.
- Lançamento da sonda: no final de 2028, transportada por um foguetão de carga pesada.
- Ativação do reator: nas 48 horas seguintes à saída das imediações da Terra.
- Propulsão: motores elétricos alimentados diretamente pela eletricidade do reator.
- Objetivo: voar em direção a Marte e demonstrar o funcionamento contínuo.
Quando a sonda estiver suficientemente afastada da Terra, a equipa ligará o reator. As primeiras 48 horas serão decisivas para verificar se o conceito funciona: o reator terá de arrancar de forma estável, fornecer eletricidade continuamente e alimentar novos sistemas de propulsão elétrica. Estes motores são muito eficientes, embora produzam apenas um impulso suave e prolongado, ideal para missões longas.
Com este passo, a NASA recupera uma tecnologia antiga. Já na década de 1960, o SNAP-10A voou como o primeiro satélite nuclear norte-americano. Depois disso, as preocupações de segurança e a ausência de necessidade travaram outros projetos. A SR1 Freedom deverá agora pôr à prova, em condições reais, várias tecnologias planeadas há muito.
Reaproveitamento do programa lunar poupa milhares de milhões
A abordagem da NASA ao projeto destaca-se pelo pragmatismo. Em vez de construir uma plataforma inteiramente nova, a agência recorrerá a componentes da estação lunar planeada «Gateway». O respetivo módulo de energia e propulsão servirá de base à nova sonda.
Na sua essência, o satélite nuclear é um módulo da Gateway adaptado: reaproveitamento de alta tecnologia à escala dos milhares de milhões.
Como o desenvolvimento desse módulo já está bastante avançado, a NASA poupa tempo e dinheiro. Ao mesmo tempo, altera as suas prioridades: a estação lunar Gateway passa para segundo plano, enquanto a agência norte-americana canaliza cerca de 20 mil milhões de dólares para uma base permanente na superfície da Lua. A SR1 Freedom enquadra-se nesta nova visão: primeiro, energia estável no espaço; depois, energia estável noutros corpos celestes.
Pequenos helicópteros procurarão água escondida
A sonda não viajará vazia. Levará a bordo três pequenos helicópteros marcianos, com o nome de projeto «Skyfall». Estes dão continuidade ao sucesso do «Ingenuity», o mini-helicóptero que, desde 2021, descolou várias vezes no Planeta Vermelho e demonstrou que é possível voar na ténue atmosfera de Marte.
Os novos helicópteros deverão recolher dados sobre a superfície e o subsolo. A prioridade será procurar indícios de água sob a superfície, sob a forma de gelo ou até de água líquida. Esses recursos seriam extremamente valiosos para qualquer futura missão tripulada a Marte.
Equipados com câmaras de alta resolução e sensores especiais, os helicópteros poderão cartografar zonas de difícil acesso para veículos de exploração maiores, como regiões acidentadas, encostas íngremes ou áreas de areia solta. Assim, funcionarão como exploradores de futuros locais de aterragem e de possíveis sítios para uma primeira base marciana.
Porque poderá a energia nuclear transformar a exploração espacial
A SR1 Freedom não é apenas uma experiência isolada: faz parte de uma estratégia de longo prazo. Se for demonstrado que um reator compacto pode operar no espaço com segurança e fiabilidade, surgirão várias possibilidades.
| Área de aplicação | Benefício da tecnologia nuclear |
|---|---|
| Viagens espaciais mais rápidas | Os sistemas de propulsão nuclear térmica podem reduzir a viagem até Marte para cerca de três a quatro meses. |
| Energia em Marte | Fornecimento contínuo de eletricidade a habitats, laboratórios, instalações de comunicação e operações de extração de recursos. |
| Sondas para o espaço profundo | Missões muito para além de Júpiter, onde a energia solar deixa praticamente de ser viável. |
Uma viagem mais rápida não oferece apenas maior comodidade. Também reduz significativamente a exposição da tripulação à radiação. No percurso até Marte, os astronautas têm pouca proteção contra a radiação cósmica, pelo que cada semana poupada diminui o risco de danos a longo prazo. Ao mesmo tempo, são necessários menos mantimentos e recursos de suporte de vida.
Na superfície de Marte surge outro desafio: os futuros colonos precisarão de quantidades enormes de energia para extrair água do gelo, produzir oxigénio e fabricar combustível. Grandes campos solares só conseguiriam satisfazer parcialmente essas necessidades, desde logo devido às tempestades de poeira e à menor intensidade da luz solar. Um pequeno reator com 40, 60 ou 100 quilowatts de potência elétrica poderia assegurar muitas dessas tarefas de forma contínua.
Questões de segurança e sensibilidade política
A utilização de tecnologia nuclear no espaço é delicada. Os críticos receiam sobretudo falhas no lançamento que possam libertar material radioativo na atmosfera. Os defensores lembram que numerosas sondas espaciais já voam com geradores termoelétricos de radioisótopos (RTG). Estes contêm plutónio e também aproveitam o calor do decaimento, mas sem uma reação em cadeia controlável.
A diferença na SR1 Freedom é que, pela primeira vez, se pretende utilizar um reator de cisão completo em funcionamento contínuo. A NASA quer incorporar várias camadas de proteção, desde uma conceção robusta do combustível até ao arranque tardio do reator, apenas quando este estiver a uma distância segura da Terra. Está também em curso um rigoroso processo de autorização a nível nacional e internacional.
A questão é igualmente sensível do ponto de vista político. Um teste bem-sucedido poderá levar outras potências espaciais a acelerar as suas próprias missões nucleares. Os Estados Unidos, a Rússia e a China já desenvolvem conceitos de propulsão nuclear e de sistemas de eletricidade para o espaço. Na prática, a SR1 Freedom poderia marcar o arranque tecnológico de uma nova corrida.
Como funciona a propulsão nuclear
Para muitas pessoas, «propulsão atómica» soa a ficção científica. Na SR1 Freedom, porém, o objetivo inicial é produzir eletricidade, e não gerar diretamente um jato de propulsão nuclear. O reator produz calor, que um circuito fechado com uma turbina transforma em energia elétrica. Essa eletricidade alimenta os motores elétricos, que expelem iões ou plasma a grande velocidade.
Numa fase seguinte, poderiam ser utilizados reatores térmicos. Estes aquecem diretamente um fluido de trabalho, como o hidrogénio, que se expande fortemente e sai por uma tubeira. O impulso continua limitado em comparação com o dos foguetões convencionais, mas o impulso específico - ou seja, a eficiência - é consideravelmente superior. Desta forma, as naves conseguem atingir velocidades muito maiores com a mesma quantidade de combustível.
Na prática, isto permitiria planear missões a Marte não só mais rápidas, mas também mais flexíveis. Haveria menos dependência de determinadas janelas de lançamento e seria possível escolher trajetos que evitassem cinturões de radiação e fases solares particularmente perigosas.
O que significa a SR1 Freedom para futuras colónias em Marte
Em última análise, a SR1 Freedom permite à NASA testar o elemento central de futuras colónias marcianas: uma «central elétrica em caixa», compacta e fiável, que poderá ser transportada num módulo de aterragem e posta a funcionar no local. A partir deste princípio, são imagináveis sistemas modulares em que vários reatores, enterrados no subsolo, forneçam eletricidade e calor a uma base em crescimento.
Em paralelo, poderiam ser acrescentadas células solares, baterias e, possivelmente, células de combustível. Uma combinação adequada de várias fontes de energia aumenta a resistência a falhas: se um sistema avariar ou sofrer danos, os restantes entram em ação. Num planeta onde a ajuda da Terra está a meses de distância, a redundância continua a ser vital para a sobrevivência.
Para os investigadores, um excedente estável de energia abre novas possibilidades: antenas de comunicação mais potentes, grandes laboratórios científicos, impressão 3D de peças sobresselentes com equipamentos de elevado consumo energético ou até estufas com iluminação artificial. Tudo isto exige eletricidade fiável, precisamente o objetivo da visão por detrás da SR1 Freedom.
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