Novo projeto de foguete nuclear enviará missões a Marte em apenas 45 dias

Vivemos numa era de exploração espacial renovada, onde múltiplas agências planeiam enviar astronautas à Lua nos próximos anos. Isto será seguido na próxima década por missões tripuladas a Marte pela NASA e pela China, às quais outras nações poderão se juntar em breve. Estas e outras missões que levarão os astronautas para além da Órbita Terrestre Baixa (LEO) e do sistema Terra-Lua requerem novas tecnologias, que vão desde suporte de vida e protecção contra radiações até energia e propulsão. E quando se trata deste último, a Propulsão Nuclear Térmica e Nuclear Elétrica (NTP/NEP) é um dos principais candidatos!

A NASA e o programa espacial soviético passaram décadas pesquisando a propulsão nuclear durante a Corrida Espacial. Há alguns anos, a NASA reacendeu o seu programa nuclear com o objectivo de desenvolver a propulsão nuclear bimodal – um sistema de duas partes que consiste num elemento NTP e NEP – que poderia permitir trânsitos para Marte em 100 dias. Como parte do programa NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) para 2023, a NASA selecionou um conceito nuclear para o desenvolvimento da Fase I. Esta nova classe de sistema de propulsão nuclear bimodal utiliza um “ciclo de topo do rotor de ondas” e pode reduzir o tempo de trânsito até Marte para apenas 45 dias.

A proposta, intitulada “NTP/NEP bimodal com ciclo de topo de rotor ondulado”, foi apresentada pelo Prof. Ryan Gosse, líder da área do programa hipersônico da Universidade da Flórida e membro da equipe de Pesquisa Aplicada em Engenharia da Flórida (FLARE). . A proposta de Gosse é uma das 14 selecionadas pelo NIAC este ano para o desenvolvimento da Fase I, que inclui uma doação de US$ 12.500 para ajudar no amadurecimento da tecnologia e dos métodos envolvidos. Outras propostas incluíam sensores, instrumentos, técnicas de fabricação, sistemas de energia inovadores e muito mais.

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A propulsão nuclear resume-se essencialmente a dois conceitos, ambos baseados em tecnologias que foram exaustivamente testadas e validadas. Para a Propulsão Térmica Nuclear (NTP), o ciclo consiste em um reator nuclear aquecendo o propulsor de hidrogênio líquido (LH2), transformando-o em gás hidrogênio ionizado (plasma) que é então canalizado através de bicos para gerar empuxo. Várias tentativas foram feitas para testar este sistema de propulsão, incluindo o Projeto Rover, um esforço colaborativo entre a Força Aérea dos EUA e a Comissão de Energia Atômica (AEC), lançado em 1955.

Em 1959, a NASA substituiu a USAF e o programa entrou em uma nova fase dedicada a aplicações em voos espaciais. Isso eventualmente levou ao Motor Nuclear para Aplicação em Veículos Foguetes (NERVA), um reator nuclear de núcleo sólido que foi testado com sucesso. Com o encerramento da Era Apollo em 1973, o financiamento do programa foi drasticamente reduzido, levando ao seu cancelamento antes que qualquer teste de voo pudesse ser realizado. Enquanto isso, os soviéticos desenvolveram o seu próprio conceito NTP (RD-0410) entre 1965 e 1980 e conduziram um único teste de solo antes do cancelamento do programa.

A Propulsão Nuclear-Elétrica (NEP), por outro lado, depende de um reator nuclear para fornecer eletricidade a um propulsor de efeito Hall (motor iônico), que gera um campo eletromagnético que ioniza e acelera um gás inerte (como o xenônio) para criar impulso. As tentativas de desenvolver esta tecnologia incluem a Iniciativa de Sistemas Nucleares (NSI) da NASA. Projeto Prometheus (2003 a 2005). Ambos os sistemas têm vantagens consideráveis ​​sobre a propulsão química convencional, incluindo uma classificação de impulso específico (Isp) mais elevada, eficiência de combustível e densidade de energia virtualmente ilimitada.

Embora os conceitos NEP se destaquem por fornecerem um impulso específico de alta taxa durante semanas ou meses seguidos, o nível de empuxo é bastante baixo em comparação com foguetes convencionais e NTP. A necessidade de uma fonte de energia eléctrica, diz Gosse, também levanta a questão da rejeição de calor no espaço – onde a conversão de energia térmica é de 30-40% em circunstâncias ideais. E embora os projetos NTP NERVA sejam o método preferido para missões tripuladas a Marte e além, este método também apresenta problemas no fornecimento de frações de massa inicial e final adequadas para missões com alto delta-v.