E se tivéssemos a capacidade de perseguir objetos interestelares que passam pelo nosso sistema solar, como 'Oumuamua ou Cometa Borisov? Essa espaçonave precisaria estar pronta para partir a qualquer momento, com a capacidade de aumentar a velocidade e mudar de direção rapidamente.

Essa é a ideia por trás de um novo conceito de missão chamado de espaçonave Extrasolar Object Interceptor e Sample Return. Recebeu financiamento exploratório da NASA por meio de seu programa Innovative Advanced Concepts (NIAC).

"Trazer de volta amostras desses objetos pode mudar fundamentalmente nossa visão do universo e nosso lugar nele, "diz Christopher Morrison, um engenheiro da Ultra Safe Nuclear Corporation-Tech (USNC-Tech) que submeteu a proposta ao NIAC.

O conceito que Morrison e sua equipe propõem é uma espaçonave de propulsão elétrica com radioisótopo que depende da tecnologia de bateria atômica carregável (CAB), um sistema de energia que o USNC vem desenvolvendo para uso comercial. As baterias são compactas e possuem um milhão de vezes a densidade de energia das baterias químicas de última geração - assim como os combustíveis fósseis.

"Radioisótopos têm aproximadamente a mesma quantidade de energia total armazenada em cada átomo, "Morrison explicou." A rapidez com que liberam essa energia depende da meia-vida. Pu-238 tem meia-vida de 88 anos, ótimo para longas missões ao sistema solar externo. As baterias CAB que estamos desenvolvendo na USNC-Tech têm meia-vida mais curta e possuem uma densidade de potência mais alta. No NIAC, estamos usando um radioisótopo com meia-vida de cinco anos e uma densidade de potência 30 vezes maior que a do plutônio-238 (Pu-238). "

Pu-238 é a energia nuclear preferida da NASA para sua espaçonave. Ele foi usado por mais de duas dezenas de missões espaciais dos EUA de muito sucesso, como New Horizons, e os rovers Curiosity e Perseverance Mars - para seus sistemas de energia de radioisótopos (RPS).

Pu-238, no entanto, enfrenta alguns desafios. Apenas uma quantidade limitada de Pu-238 pode ser produzida (meros 14 onças (400 gramas) por ano agora, com um caminho para 50 onças (1500 g) nos próximos anos). Isso mal é suficiente para atender às necessidades futuras da missão da NASA para seus principais programas.

Programas menores e empresas comerciais enfrentam desafios não apenas por causa da crise de oferta, mas também porque Pu-238 é considerado um material nuclear especial com preocupações de não proliferação. Os radioisótopos na tecnologia CAB são, em vez disso, de natureza comercial, na verdade, muitos deles são amplamente utilizados na indústria médica para terapias de tratamento do câncer.

"Baterias CAB combinadas com propulsão elétrica seriam sistemas muito simples, "Morrison disse à Universe Today." Tudo isso é tecnologia comprovada. A verdadeira inovação da qual estamos aproveitando é o ambiente regulatório atual. Antes de 2019, não havia uma estrutura legal para as empresas comerciais usarem energia nuclear. Agora está oficialmente aprovado. "

O memorando presidencial NPSN-20 em 2019 dirigiu o Departamento de Transporte, e, especificamente, a Federal Aviation Administration, desenvolver um sistema regulatório em camadas que permitiria às empresas comerciais lançar espaçonaves com propulsão nuclear.

A proposta de Morrison explica que o "CAB é mais fácil e barato de fabricar do que Pu-238 e o case de segurança é muito melhorado pelo encapsulamento do CAB de materiais radioativos dentro de uma matriz de carboneto robusta. Esta tecnologia é superior aos sistemas de fissão para esta aplicação porque os sistemas de fissão precisam de uma massa crítica, enquanto os sistemas de radioisótopos podem ser muito menores e caber em sistemas de lançamento menores, reduzindo custos e complexidade. "

A nave espacial com motor CAB, apelidado de "Expresso Extrasolar, "tem uma massa alimentada de pouco menos de uma tonelada. Falcon 9 da SpaceX, em contraste, pode colocar mais de 20 toneladas em órbita. O que seria feito com todo o espaço extra no veículo de lançamento?

Morrison explica:"Podemos trocar parte dessa massa por um aumento de velocidade extra longe da Terra. Além disso, parte da massa extra pode ser usada para aumentar a segurança, incluindo um escudo grande e robusto que protege o radioisótopo e garante que não haja liberação, mesmo no pior caso de acidente de lançamento. Uma vez em uma órbita alta, o escudo pode ser ejetado, e a espaçonave pode viajar sem obstáculos em sua missão. "

Objetos extra-solares agora em cena

Antes de os dois objetos interestelares incomuns e intrigantes entrarem em cena em nosso sistema solar ("Oumuamua em 2017 e Borisov em 2019), os astrônomos não consideravam amplamente que intrusos errantes de outros sistemas estelares poderiam passar rotineiramente. Agora, os cientistas calculam que uma média de sete desses objetos passam dentro da órbita da Terra a cada ano. Saber mais sobre esses objetos é uma perspectiva atraente, desde agora, tudo o que podemos fazer é observá-los com telescópios enquanto passam por nós.

"Esses objetos parecem chegar bem perto de nós, "Morrison disse, "criar uma missão para alcançar alguém não é uma questão de distância, mas de velocidade. Isso muda a equação, ao contrário da maioria das missões, que precisam de longevidade. Este é apenas um problema de velocidade, porque você pode interceptá-lo, pegar uma amostra e voltar para a Terra, desde que tenha o delta v para cumprir a missão. "

Morrison explicou o plano de missão potencial para o Interceptor de Objetos Extrasolar e Retorno de Amostra:Lance a espaçonave Interceptor em direção a Júpiter e espere que um objeto extrasolar adequado seja detectado.

"Você pode ter que esperar um ano ou mais, " ele disse, "mas não importa o quê, você provavelmente terá que executar uma mudança de plano, porque esses objetos não vêm em nosso plano eclíptico. A ideia é voar em direção a Júpiter, espero estar em um bom lugar para fazer um estilingue ao redor de Júpiter para entrar na mesma orientação plana do objeto. "

A espaçonave pode ser semelhante em tamanho e massa à missão Dawn, que também usava propulsão elétrica. Mas, em vez dos enormes painéis solares de Dawn, o CAB forneceria energia suficiente para criar uma espaçonave veloz. O Interceptor precisaria de grandes radiadores de rejeição de calor, que (como os painéis solares de Dawn) seria a maior parte da espaçonave.

Os detalhes da parte do retorno da amostra ainda estão sendo trabalhados, mas talvez algo semelhante ao sistema de aquisição de amostras TAGSAM empregado pela missão OSIRIS-REx.

"Eu me considero mais o" Scotty "do design desta missão do Interceptor, mas eu pegaria um Spock para ajudar a descobrir a parte da ciência, "Morrison meditou.

Os CABs são fabricados com materiais não radioativos e, em seguida, "carregados" em um campo de radiação para criar um radioisótopo específico. Morrison disse que há muitos radioisótopos diferentes de interesse (por exemplo, Cobalto-60 e Túlio-170) e a tecnologia pode ser fornecida para atender às necessidades de densidade de energia e vida útil de um cliente. Muitos dos clientes potenciais da tecnologia CAB são empresas terrestres que procuram aplicações subaquáticas ou subterrâneas.

"A tecnologia está sendo pioneira em aplicações de aquecimento lunar em escala watt no curto prazo, mas a proposta do NIAC representa a versão mais esportiva da tecnologia. "

O Programa NIAC se apresenta como nutridor de ideias visionárias que podem transformar futuras missões da NASA com a criação de inovações, ao mesmo tempo em que envolve inovadores e empreendedores como parceiros. Mesmo que o Extrasolar Object Interceptor e o Sample Return nunca se tornem uma missão "real", Morrison e USNC continuarão a trabalhar para tornar seu CAB uma fonte de energia viável para a Terra e o espaço.

"Estou extremamente grato por termos recebido financiamento do NIAC, "Morrison disse, "nossa empresa já está investindo nosso próprio dinheiro nessa tecnologia. Gostaríamos que o CAB fosse a bateria Duracell do futuro para tudo o que parece impossível, como missões espaciais de longa duração, ou em ambientes remotos na Terra. "

Além das baterias CAB, a empresa USNC vem desenvolvendo outras tecnologias nucleares. "Radioisótopos usados ​​em CABs são rochas quentes que produzem calor consistente por um longo período de tempo. Um reator de fissão é um tipo diferente de tecnologia nuclear que pode ser ligado e desligado, para cima e para baixo ", explica Chris. A USNC está desenvolvendo um pequeno reator de fissão modular para uso no Ártico canadense e este projeto é o foco principal dos esforços da empresa.

"O Canadá gasta centenas de milhões por ano em diesel para geradores que abastecem suas pequenas cidades em regiões remotas, "Morrison disse, "e eles realmente querem mudar para pequenos reatores modulares."

Acontece que os sistemas de energia que funcionam bem para locais remotos na Terra são bons para locais remotos no espaço, também. UNSC-Tech, onde Morrison trabalha, é uma subsidiária da USNC com foco na indústria aeroespacial e sistemas terrestres avançados. A USNC-Tech está desenvolvendo tecnologia de propulsão por fissão com a NASA e a DARPA, bem como um reator lunar e marciano apelidado de "reator Pylon".

"USNC-Tech está projetando os tijolos" LEGO 'para a tecnologia nuclear espacial. As missões espaciais usariam a mesma tecnologia terrestre fundamental disposta em uma configuração diferente para realizar admiráveis ​​coisas novas em novos lugares, "Morrison explicou." Porém, o Extra Solar Express NIAC é provavelmente o meu favorito. "