Foguetes movidos a energia nuclear podem virar realidade com aerogel

Há anos cientistas e engenheiros buscam desenvolver tecnologias para intensificar a potência do empuxo de foguetes. Entre as opções, estão projetos de motores movidos a energia de fissão nuclear, que ainda estão longe de se tornar realidade. Mas uma nova e interessante proposta será financiada pela NASA nessa seara: fissão nuclear em aerogel.

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A energia de fissão nuclear é usada há algumas décadas para produzir energia na Terra, mas representa alguns riscos, como vimos em Chernobyl e Fukushima. E, em um motor de foguete, o uso de urânio para gerar energia combustível traz muitos desafios para ser uma opção segura e viável. Então, o Institute of Advanced Concepts da NASA concedeu um financiamento para a empresa Positron Dynamics, que desenvolverá um novo tipo de motor de fragmento de fissão nuclear (FFRE).

A proposta é usar aerogel e ímãs supercondutores para manter os fragmentos seguros. Na teoria, os FFREs possuem alto impulso e densidade de potência extremamente alta, permitindo longas viagens espaciais em um período mais curto. Por outro lado, exigem uma levitação de plasma complicada de se executar, além dos riscos de os fragmentos destruírem partes do motor.

Para superar esses obstáculos, a Positron Dynamics utilizará dois conceitos já bem desenvolvidos de outras áreas de pesquisa. O primeiro é colocar o material físsil em um aerogel ultraleve, enquanto o segundo é implementar um ímã supercondutor para conter esse material de fissão.

Energia de fissão nuclear

A fissão nuclear ocorre quando algum processo poderoso o suficiente para “vencer” a força que une as partículas do núcleo atômico (prótons e nêutrons). Quando isso acontece, a energia de uma força repelente das partículas é liberada como um elástico esticado até se arrebentar.

Como resultado, o núcleo atômico é dividido em dois, com cada uma das partes com um pouco menos da metade da massa do núcleo atômico original. Isso significa que parte da massa é convertida em energia, por meio do fenômeno descrito na fórmula E=mc².

Este processo inicia uma reação em cadeia, com todos os átomos do combustível (normalmente o urânio 235, que possui núcleo instável e, portanto, fácil de “quebrar) sendo atingidos um a um pelas partículas. A soma da energia liberada por todos eles se manifesta como energia térmica que, por sua vez, pode ser transformada em energia elétrica.

Aerogel

Nos motores FFREs, a ideia é a mesma de um reator, mas com algumas alterações em relação às usinas nucleares. Uma das principais diferenças é que, em vez de gerar apenas eletricidade, eles também geram empuxo para os foguetes. Para isso, é preciso encontrar meios de manter o plasma controlado, “levitando”.

Outro problema é que enviar uma barra inteira de urânio para o espaço é inviável, então o ideal é usar partículas do combustível de fissão, de modo que elas atuem com segurança e controle. A solução é o aerogel, um material incrivelmente leve e de baixa densidade — parece um pedaço de “nada”.

Se partículas para fissão nuclear forem incorporadas no aerogel, o combustível seria mentido unido e, ao mesmo tempo, permitiria que essa estrutura seja leve o suficiente para ser colocada em órbita. Outros materiais que podem fazer a função de unir e conter as partículas seriam bem mais densos e pesados.

Ímãs supercondutores

No entanto, aerogéis são insuficientes, pois se os fragmentos de fissão se quebrarem, não poderiam mais ser contidos. Assim, uma segunda camada de retenção seria necessária — o ímã supercondutor, já utilizado nos reatores experimentais de fusão nuclear (não confundir com fissão nuclear).

Esses ímãs ultrapoderosos e supercondutores conseguem manter o plasma da fusão nuclear controlado no centro do reator, mantendo a densidade e sem perda de energia. Graças a essas pesquisas em reatores, esses ímãs têm sido alvo de pesquisas constantes e produzidos para diversas instituições.

Se um ímã como estes for adicionado em um FFRE, os fragmentos de fissão no aerogel poderiam ser canalizados todos na mesma direção, transformando-os em um vetor de impulso. Além disso, não permitiria que esse material destrua outras partes do motor, principalmente se ele se partir e/ou escapar do aerogel.

Há muitos desafios pela frente no projeto desse motor, mas o financiamento da NASA permitirá o início da fase de desenvolvimento. É difícil dizer se a tecnologia dará certo, mas os primeiros passos serão dados em breve.

Fonte: NASA; via: Universe Today