Propulsão nuclear soa como algo controverso, mas a verdade é que sem ela não vamos chegar muito longe, mesmo tendo chegado aos confins do Sistema Solar, é inegável a ineficiência dos foguetes convencionais. Precisamos dar adeus aos foguetes químicos, desculpe André.
Programa DRACO da DARPA – Propulsão Nuclear em 2025 (Crédito: DARPA)
Agora que o Emdrive mostrou que não funciona, podemos voltar ao universo aonde estamos limitados pela física newtoniana, aonde não é possível você puxar suas botas pelos cadarços e alçar aos céus.
Um foguete funciona com o mesmo princípio de um balão de festas que você enche, solta a ponta e ele sai desembestado: Ação e reação. É a Terceira Lei de Newton, qualquer força exercida entre dois objetos resulta em uma força igual em sentido oposto. Quando você salta para fazer uma cesta no basquete, exerce uma força contra o chão, o chão reage exercendo a exata mesma força contra você. E como o planeta Terra é um tiquinho maior, a corda arrebenta do lado mais fraco e você se move.
Em um foguete temos uma reação de combustão que gera uma imensa pressão, que é canalizada pela tubeira. Essa massa de combustível queimado é expelida a uma certa velocidade, e segundo Newton, F = M x A, Força é igual a Massa multiplicada pela Aceleração.
Ou seja: O foguete está expelindo massa a uma certa velocidade, mas essa massa tem massa, portanto inércia. Ela resiste e empurra de volta o foguete.
Em 2001: Uma Odisséia no Espaço a Discovery One usava propulsão nuclear. (Crédito: MGM)
Por muito tempo vários cientistas renomados não levavam isso a sério, diziam que o foguete se movia pois os gases da exaustão encontravam resistência contra a atmosfera, e no vácuo isso não funcionaria, mas hoje sabemos que foguetes funcionam perfeitamente no espaço. Quer dizer, nem tão perfeitamente, vide Apollo 13.
O problema aqui é que foguetes são terrivelmente ineficientes. Um Saturno 5 é um transatlântico que leva três passageiros e afunda no final da viagem inaugural. Um foguete precisa levar todo seu combustível E seu oxidante, e isso pesa, mais de 90% do peso de um foguete é combustível.
Quais as soluções?
Aumentar a quantidade de massa expelida não é uma boa idéia, pois significa mais massa pra carregar, o ideal então é aumentar a velocidade com que essa massa é expelida. Em um foguete usando Hidrogênio e Oxigênio, a combinação mais eficiente atualmente, os gases são expelidos a 4400 metros por segundo.
Uma alternativa para propulsão mais eficiente são os chamados motores iônicos, usados hoje rotineiramente em sondas espaciais e satélites, incluindo a constelação Starlink.
Ao invés de reações químicas um propelente composto de Xenônio ou outro gás nobre é acelerado através de campos elétricos, atingindo velocidades de 20 a 30 mil metros por segundo, bem mais que qualquer reação química. Com isso a propulsão é bem mais eficiente.
O que não é eficiente é que como esse tipo de propulsão exige muita energia, assim como Ruby ela não escala. Os motores iônicos conseguem produzir uma aceleração muito pequena, mas constante por dias, às vezes meses. Eles são ideais para viagens de espaço profundo de naves de pequeno porte.
A Propulsão Nuclear
Desde os Anos 1960 Russos e Americanos vem pesquisando como criar foguetes com propulsão nuclear. Os americanos tiveram vários projetos, incluindo o NERVA, com uma enorme quantidade de variações e abordagens, incluindo o Projeto Orion, no qual explosões nucleares atingiriam um amortecedor na traseira do foguete e o empurrariam.
O modelo mais comum acabou sendo o mais simples e o mais pesquisado, o foguete nuclear térmico, no qual um reator nuclear aqueceria um propelente, em geral Hidrogênio a temperaturas altíssimas, aumentando sua pressão, fazendo com que ele se expandisse e fosse ejetado a uma velocidade bem maior. Em teoria uns 10000m/s.
Teste do KIWI, um reator de propulsão nuclear. (Crédito: Depto de Defesa dos EUA)
Apesar de vários protótipos terem sido construídos e testados, os motores nucleares ainda eram muito pesados, sozinho o NERVA tinha quase sete toneladas. O fim de um projeto sólido de exploração de Marte levou os EUA a cancelarem seus projetos, e os russos foram atrás.
Agora o interesse voltou, e a DARPA, aquela agência de projetos avançados do Departamento de Defesa do EUA liberou quase US$26 milhões para a etapa inicial do Programa DRACO, que pretende criar naves com propulsão nuclear para trabalharem no circuito Terra-Lua.
Três empresas foram agraciadas no projeto, a General Atomics recebeu US$22 e vai projetar o reator nuclear. A Lockheed Martin tem US$2.9 milhões para projetar o sistema de propulsão, e com US$2.5 milhões a Blue Origin projetará a espaçonave.
Motores de propulsão nuclear RD-0140 russo e NERVA americano (Fonte: Reprodução internet)
Claro, isso é troco de pinga e não dá nem pro estagiário comprar as rosquinhas que serão consumidas durante o projeto, essa verba é só pra fase preliminar de especificações, mas a grande notícia é que o primeiro passo foi dado.
Nenhuma empresa privada assumiria essa batata quente sozinha, a propaganda ruim da energia nuclear faria um monte de gente querer cancelar a empresa, mas com uma agência do governo por trás, aí dá pra tecnologia ser desenvolvida sem muita gente reclamando.
Não é um Motor Epstein, mas é o melhor que podemos fazer com a tecnologia atual, e se o tabu for vencido, muito provável que tenhamos uma frota de Starships com propulsão nuclear fazendo o circuito Terra-Marte, em bem menos tempo e bem mais eficiência.
E o melhor: A DARPA gosta de agilidade, então essa iniciativa já tem data: A nave de demonstração de propulsão nuclear deve fazer seu primeiro vôo em 2025.
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