Conheça as Naves Espaciais Movidas a Energia Nuclear do Futuro

Protótipo de uma espaçonave nuclear

Naves espaciais que usam combustível convencional de hidrogênio-oxigênio poderão levar as pessoas à Lua, Marte ou Vênus. Mas a exploração humana de outros planetas em nosso sistema solar, e além dele, exigirá a criação de naves que aproveitem o poder da fissão nuclear e da fusão nuclear, inclusive por meio do conceito de propulsão de pulsos nucleares.
A ideia de um sistema de propulsão de foguetes que faz uso da combustão explosiva foi proposta pela primeira vez pelo especialista russo em explosivos Nikolai Kibalchich no final do século XIX. No entanto, foi o físico nuclear norte-americano polonês Stanislaw Ulam que surgiu com o conceito de usar explosões nucleares para alimentar naves espaciais. Ulam surgiu com a ideia em 1947, uma década antes do satélite Sputnik 1 e da aurora da era espacial. A proposta de Ulam previa o uso de um escudo de metal preso à nave para aproveitar o poder de uma explosão nuclear e empurrá-la para a frente.

Projeto Orion e PK-5000
No final dos anos 1950, cientistas americanos liderados pelos físicos Ted Tailor e Freeman Dyson começaram a trabalhar no Projeto Orion, um programa para criar um modelo de uma nave espacial movida a um sistema de propulsão de pulso nuclear. O conceito de veículo do Projeto Orion incluía uma unidade de pulso nuclear e tanques de armazenamento de líquido de refrigeração, uma placa propulsora e dois estágios de amortecedores para absorver a energia de explosões nucleares e impulsionar a nave para frente, junto com uma seção de carga útil à frente.

Concepção artística da espaçonave Orion

Além de sua velocidade, o conceito foi apresentado para teoricamente ser capaz de transportar uma carga útil de uma ordem de magnitude acima da dos foguetes de combustível convencionais. Os cientistas estimam que se uma carga nuclear fosse detonada a cada três segundos, a nave poderia atingir 3% da velocidade da luz, permitindo que a humanidade alcançasse Alpha Centauri, o sistema solar mais próximo do nosso, em cerca de 140 anos.
O conceito de naves espaciais com explosão nuclear também foi explorado por cientistas soviéticos, incluindo o físico Andrei Sakharov, pai da bomba de hidrogênio soviética. Com uma espaçonave apelidada de "vsryvolet" (literalmente "voador explosivo"), o trabalho dos soviéticos concentrou-se no possível uso do conceito para a exploração espacial de longa distância.
O conceito de Sakharov, apelidado de PK-5000, visava usar explosões para alimentar naves com uma carga de 1.000 toneladas ou mais e 10 à 20 cosmonautas.
Os trabalhos do Projeto Órion e seu análogo soviético, foi interrompido em 1963, após a assinatura do Tratado de Proibição Parcial de Testes, que proibia testes de armas nucleares na atmosfera da Terra, no espaço e debaixo d'água.

Propulsão Termonuclear
Em 1971, o físico germano-americano Friedwardt Winterberg publicou um artigo científico propondo o uso de reações de energia termonuclear desencadeadas por feixes de elétrons intensos como meio de acelerar a espaçonave. Segundo o historiador do espaço Willis L. Shirk, a energia produzida por uma reação de fusão nuclear é estimada em 26 milhões de vezes mais do que a de um propulsor convencional de hidrogênio-oxigênio e mais de 4,3 vezes do que a da fissão nuclear.

Concepção artística da espaçonave Daedalus

Em 1973, cientistas da Sociedade Interplanetária Britânica formaram o Projeto Daedalus, uma visão de um sistema de propulsão nuclear movido a fusão.
A fusão termonuclear ocorre dentro de estrelas. Criando-o na Terra exigiria temperaturas imensas e hidrogênio ou hidrogênio-hélio. Cálculos mostraram que a energia da fusão termonuclear de uma mistura de deutério e hélio-3 poderia permitir o voo à velocidades de 36.000 km por segundo, ou 12% da velocidade da luz.
Em tais velocidades, Daedalus seria capaz de alcançar a estrela de Barnard, 5,9 anos-luz da Terra, em cinquenta anos. Para comparação, a Voyager 1, atualmente a espaçonave mais rápida do mundo, acelerou para 17,02 km por segundo através de sua manobra gravitacional perto de Saturno.

Estruturalmente, o Projeto Daedalus previu um grande tanque de combustível de 50.000 toneladas, do qual pequenas quantias de pelotas mistas de deutério / hélio-3 seriam enviadas para a câmara de combustão para detonação a cada segundo, com o fluxo resultante de descarga de plasma dirigido por um poderoso bico magnético. A nave não tripulado levaria uma carga útil de 500 toneladas, composta por equipamento científico.
O trabalho do Projeto Daedalus foi cancelado em 1978. Em 2009, os cientistas da British Interplanetary Society, apoiados pela Fundação Tau Zero, começaram a trabalhar no Projeto Icarus, seu sucessor.
Icarus prevê o envio de múltiplas sondas através de múltiplos sistemas solares à 15 anos-luz da Terra para realizar estudos detalhados de estrelas e planetas. Como Daedalus, o projeto requer o hélio-3 como combustível, que pode ser encontrado em grandes quantidades em Netuno ou Júpiter, mas que é escasso na Terra. Com base no atual ritmo de desenvolvimento tecnológico, essa mineração em outros planetas e, portanto, tal missão, pode não ser possível até o ano 2.300.
Por fim, Anton Pervushin acredita que enquanto o tratado de proibição de testes nucleares continuar em vigor, a propulsão de impulsos nucleares permanecerá inevitavelmente como um conceito teórico. Além disso, além das questões legais, várias questões técnicas permanecem sem solução. Isso inclui como aplicar combustível na câmara de combustão, como amortizar a aceleração, como proteger as tripulações da radiação cósmica e, em geral, determinar os tipos mais eficientes de espaçonaves.
Ainda assim, se a humanidade quiser escapar dos laços do nosso sistema solar e enviar grandes naves espaciais às estrelas próximas, a propulsão de impulsos nucleares continua a ser a única opção realista.

Fissão Nuclear para Propulsão Elétrica

Além das ambiciosas propostas de fissão nuclear interestelar e propulsão de fusão nuclear, os cientistas soviéticos trabalharam intensamente desde os anos 60 até os anos 80 em sistemas de propulsão de energia elétrica de fissão nuclear, que transformam energia térmica nuclear em energia elétrica, que é então usado para alimentar sistemas de propulsão elétrica convencionais. O programa espacial soviético foi pioneiro e trabalhou para melhorar a tecnologia com a série de satélites Kosmos, que, apesar de bem sucedidos, tiveram sua reputação prejudicada após a descida de emergência do Kosmos 954 em 1978, que espalhou detritos radioativos sobre o norte do Canadá.
Os soviéticos continuaram a experimentar essas tecnologias até o final dos anos 80, e até imaginaram o uso da energia nuclear baseada na fissão como um meio realista de alcançar Marte.

Fonte: Space Daily