p O sistema solar é um lugar muito grande, e leva uma eternidade para viajar de um mundo a outro com foguetes químicos tradicionais. Mas uma técnica desenvolvida na década de 1960 pode fornecer uma maneira de encurtar drasticamente o tempo de viagem:foguetes nucleares. p Claro, lançar um foguete movido a material radioativo tem seus próprios riscos, também. Devemos tentar?

p Digamos que você queira visitar Marte usando um foguete químico. Você decolaria da Terra e entraria na órbita terrestre baixa. Então, no momento certo, você dispararia seu foguete, elevando sua órbita do sol. A nova trajetória elíptica que você está seguindo se cruza com Marte após oito meses de vôo.

p Isso é conhecido como transferência de Hohmann, e é a maneira mais eficiente que conhecemos de viajar no espaço usando a menor quantidade de propelente e a maior quantidade de carga útil. O problema é claro, é o tempo que leva. Ao longo da jornada, os astronautas vão consumir comida, agua, ar, e ser exposto à radiação de longo prazo do espaço profundo. Então, uma missão de retorno dobra a necessidade de recursos e dobra a carga de radiação.

p Precisamos ir mais rápido.

p Acontece que a NASA tem pensado sobre o que virá depois dos foguetes químicos por quase 50 anos:foguetes térmicos nucleares. Eles definitivamente aceleram a jornada, mas eles têm seus próprios riscos, é por isso que você não os viu. Mas talvez a hora deles esteja aqui.

p Em 1961, A NASA e a Comissão de Energia Atômica trabalharam juntas na ideia de propulsão térmica nuclear, ou NTP. Isso foi iniciado por Werner von Braun, que esperava que as missões humanas voassem para Marte na década de 1980 nas asas de foguetes nucleares.

p Nós vamos, isso não aconteceu. Mas eles realizaram alguns testes bem-sucedidos de propulsão térmica nuclear e demonstraram que funciona.

p Um foguete químico funciona acendendo algum tipo de produto químico inflamável e, em seguida, forçando os gases de exaustão para fora de um bico. Graças à boa e velha terceira lei de Newton - para cada ação, há uma reação igual e oposta - o foguete recebe um impulso na direção oposta dos gases expelidos.

p Um foguete nuclear funciona de maneira semelhante. Uma bola de urânio combustível do tamanho de uma bola de gude sofre fissão, liberando uma quantidade enorme de calor. Isso aquece o hidrogênio a quase 2, 500 graus Celsius, que é então expelido pela parte de trás do foguete em velocidade extremamente alta, dando ao foguete duas a três vezes a eficiência de propulsão de um foguete químico.

p Lembra dos oito meses que mencionei para um foguete químico viajar para Marte? Um foguete térmico nuclear pode reduzir o tempo de trânsito pela metade, talvez até 100 dias, o que significa menos recursos consumidos pelos astronautas, e uma menor carga de radiação.

p E há outro grande benefício. O impulso de um foguete nuclear pode permitir missões quando a Terra e Marte não estão perfeitamente alinhados. Agora mesmo, se você perder sua janela, voce tem que esperar mais dois anos, mas um foguete nuclear pode lhe dar o impulso para lidar com atrasos em voos.

p Os primeiros testes de foguetes nucleares começaram em 1955 com o Projeto Rover no Laboratório Científico de Los Alamos. O principal desenvolvimento foi miniaturizar os reatores o suficiente para caber em um foguete. Ao longo dos próximos anos, engenheiros construíram e testaram mais de uma dúzia de reatores de diferentes tamanhos e potências.

p Com o sucesso do Projeto Rover, A NASA se concentrou nas missões humanas a Marte que seguiriam as sondas Apollo na lua. Por causa da distância e do tempo de vôo, eles decidiram que foguetes nucleares seriam a chave para tornar as missões mais capazes.

p Os foguetes nucleares não estão isentos de riscos, claro. Um reator a bordo seria uma pequena fonte de radiação para a tripulação do astronauta a bordo, isso seria compensado pela redução do tempo de voo. O próprio espaço profundo é um enorme perigo de radiação, com a radiação cósmica galáctica constante danificando o DNA do astronauta.

p No final dos anos 1960, A NASA configurou o programa de aplicação de motores nucleares para veículos-foguetes, ou NERVA, desenvolver as tecnologias que se tornariam os foguetes nucleares que levariam os humanos a Marte.

p Eles testaram maiores, foguetes nucleares mais poderosos, no deserto de Nevada, ventilar o gás hidrogênio em alta velocidade direto na atmosfera. As leis ambientais eram muito menos rígidas naquela época.

p O primeiro NERVA NRX foi finalmente testado por quase duas horas, com 28 minutos na potência máxima. E um segundo motor foi ligado 28 vezes e funcionou por 115 minutos.

p No fim, eles testaram o reator nuclear mais poderoso já construído, o reator Phoebus-2A, capaz de gerar 4, 000 megawatts de energia, empurrando por 12 minutos.

p Embora os vários componentes nunca tenham sido realmente montados em um foguete pronto para o vôo, os engenheiros ficaram satisfeitos com o fato de um foguete nuclear atender às necessidades de um vôo para Marte. Mas então os EUA decidiram que não queriam mais ir a Marte - queríamos o ônibus espacial. O programa foi encerrado em 1973, e ninguém testou foguetes nucleares desde então.

p Mas os avanços recentes na tecnologia tornaram a propulsão térmica nuclear mais atraente. Na década de 1960, a única fonte de combustível que podiam usar era urânio altamente enriquecido. Mas agora, os engenheiros acham que podem sobreviver com urânio pouco enriquecido.

p Seria mais seguro trabalhar com isso, e permitiria que mais instalações de foguetes executassem testes. Também seria mais fácil capturar as partículas radioativas no escapamento e descartá-las adequadamente. Isso reduziria os custos gerais de trabalho com a tecnologia.

p Em 22 de maio, 2019, o Congresso dos EUA aprovou US $ 125 milhões em financiamento para o desenvolvimento de foguetes de propulsão térmica nuclear. Embora este programa não tenha nenhum papel a desempenhar no retorno do Artemis 2024 da NASA à lua, ele "convoca a NASA a desenvolver um plano plurianual que permita uma demonstração de propulsão térmica nuclear, incluindo a linha do tempo associada à demonstração espacial e uma descrição de futuras missões e sistemas de propulsão e energia habilitados por esta capacidade. "

p A fissão nuclear é uma forma de aproveitar a energia do átomo. Claro, requer urânio enriquecido e gera lixo radioativo tóxico. E a fusão, em que os átomos de hidrogênio são espremidos em hélio, liberando energia?

p O sol fez a fusão funcionar, graças à sua enorme massa e temperatura central, mas a engenharia sustentável, a fusão de energia positiva provou ser evasiva.

p Enormes experimentos como o ITER na Europa esperam sustentar a energia de fusão na próxima década. Depois disso, você pode imaginar reatores de fusão miniaturizados a ponto de servirem ao mesmo papel que um reator de fissão em um foguete nuclear. Mas mesmo que os engenheiros não consigam fazer com que os reatores de fusão sejam positivos em termos de energia, eles ainda podem fornecer uma tremenda aceleração para a quantidade de massa.

p E talvez não precisemos esperar décadas. Um grupo de pesquisa do Laboratório de Física de Plasma de Princeton está trabalhando em um conceito chamado Direct Fusion Drive, que eles acham que poderia estar pronto muito mais cedo.

p É baseado no reator de fusão de configuração invertida de campo de Princeton desenvolvido em 2002 por Samuel Cohen. O plasma quente de hélio-3 e deutério está contido em um recipiente magnético. Hélio-3 é raro na Terra, e valioso porque tais reações de fusão não irão gerar a mesma quantidade de radiação perigosa ou lixo nuclear que outros reatores de fusão ou fissão.

p Tal como acontece com o foguete de fissão, um foguete de fusão aquece um propelente a altas temperaturas e, em seguida, o explode pela parte de trás, produzindo impulso.

p Ele funciona alinhando um monte de ímãs lineares que contêm e giram plasma muito quente. As antenas ao redor do plasma são sintonizadas com a frequência específica dos íons, e criar uma corrente no plasma. Sua energia é bombeada até o ponto em que os átomos se fundem, liberando novas partículas. Essas partículas vagam pelo campo de contenção até serem capturadas pelas linhas do campo magnético e são aceleradas pela parte de trás do foguete.

p Em teoria, um foguete de fusão seria capaz de fornecer 2,5 a 5 Newtons de empuxo por megawatt, com um impulso específico de 10, 000 segundos - lembre-se de 850 dos foguetes de fissão, e 450 de foguetes químicos. Também geraria a eletricidade necessária para a espaçonave longe do sol, onde os painéis solares não são muito eficientes.

p Uma unidade de fusão direta seria capaz de transportar uma missão de 10 toneladas para Saturno em apenas dois anos, ou uma nave espacial de uma tonelada da Terra a Plutão em cerca de quatro anos. A New Horizons precisava de quase 10.

p Como também é um reator de fusão de um megawatt, também forneceria energia para todos os instrumentos da espaçonave quando ela chegasse, muito mais do que as baterias nucleares atualmente transportadas por missões espaciais como a Voyager e a New Horizons.

p Imagine the kinds of interstellar missions that might be on the table with this technology. And Princeton Satellite Systems isn't the only group working on systems like this. Applied Fusion Systems have applied for a patent for a nuclear fusion engine that could provide thrust to spacecraft.

p I know it's been decades since NASA seriously tested nuclear rockets as a way to shorten flight times, but it looks like the technology is back. Ao longo dos próximos anos, I expect to see new hardware and new tests of nuclear thermal propulsion systems. And I am incredibly excited at the possibility of actual fusion drives taking us to other worlds.