Cientistas chineses constroem protótipo de motor para nave espacial movida a energia nuclear para Marte
- Reator de fissão encolhível de classe de 1,5 megawatt passa nos testes iniciais de solo à medida que a corrida global pelo espaço se intensifica.
- O sistema refrigerado a lítio foi projetado para se expandir de um volume do tamanho de um contêiner para uma estrutura tão grande quanto um edifício de 20 andares no espaço.
Uma colaboração de mais de 10 institutos de investigação e universidades em toda a China permitiu avanços significativos no sentido das viagens interplanetárias com o desenvolvimento de uma tecnologia de fissão nuclear que poderia impulsionar a exploração em larga escala de Marte.
Num artigo publicado pela revista Scientia Sinica Technologica , da Academia Chinesa de Ciências , a equipa de investigação disse que o seu protótipo de sistema de reactor nuclear refrigerado a lítio passou em alguns testes iniciais no solo.
Os resultados confirmaram algumas das principais soluções tecnológicas inventadas por cientistas e engenheiros chineses para reduzir um reator da classe dos megawatts – sete vezes mais poderoso que um sistema rival que está sendo construído pela Nasa – a um tamanho sem precedentes, disseram.
Quando totalmente implantado no espaço, o reator de 1,5 megawatts – incluindo o seu dissipador de calor – poderia atingir a altura de um edifício de 20 andares. Mas no solo, ele se dobrará perfeitamente até formar um volume do tamanho de um contêiner, pesando menos de oito toneladas, disse o jornal.
O projeto torna o sistema do reator “fácil de carregar e lançar por foguete”, escreveram os pesquisadores, liderados por Wu Yican, da academia. Também será capaz de manter operações estáveis nos ambientes adversos do espaço por longos períodos, disseram.
De acordo com a revista, a poderosa fonte de energia tornará possível o transporte de ida e volta de grande massa, tanto para voos espaciais tripulados como de carga – abrindo caminho para a exploração em grande escala da Lua e de Marte pela China.
Alguns cientistas estimam que uma nave espacial movida a energia nuclear poderia completar uma viagem de ida e volta entre a Terra e Marte em apenas três meses. O atual consenso científico dominante é que a tecnologia será vital para missões interplanetárias.
Em contraste, as naves espaciais que dependem de combustíveis fósseis – como a Starship em desenvolvimento pela empresa norte-americana SpaceX – poderiam levar pelo menos sete meses a chegar a Marte, de acordo com alguns cálculos.
O foguete Starship é fundamental para os planos da Nasa de pousar astronautas na Lua no final desta década, bem como para as esperanças do CEO da SpaceX, Elon Musk, de colonizar Marte, mas mesmo uma viagem só de ida ao planeta vermelho precisaria de um enorme sistema de suporte de vida.
“Inovar ou perecer. Sem desculpas”, diz um slogan pendurado acima do protótipo do reator chinês – uma indicação da determinação da China em liderar a corrida pelas viagens espaciais movidas a energia nuclear que está agora em curso.
O programa Artemis da Nasa planeja enviar um reator nuclear à Lua e usar tecnologia semelhante para construir uma frota de espaçonaves colonizadoras de Marte. A União Europeia iniciou três projectos ambiciosos para desenvolver tecnologias espaciais relacionadas com a energia nuclear.
E a Rússia reiniciou o seu projecto de nave espacial movida a energia nuclear da época da Guerra Fria. O governo dos EUA levantou preocupações no mês passado sobre as tentativas da Rússia de lançar uma plataforma de armas nucleares na órbita baixa da Terra.
Tanto a União Soviética como os Estados Unidos enviaram reatores de baixa potência ao espaço durante a Guerra Fria. Os reatores dos EUA foram capazes de atingir um máximo na faixa dos cem watts, enquanto os dispositivos da União Soviética atingiram uma potência de nível de quilowatts.
O trabalho de projeto do reator nuclear de 20 quilowatts da Nasa – que está sendo construído pela Lockheed Martin, Westinghouse e pela empresa privada start-up IX – deverá ser concluído até 2025. A agência espacial dos EUA espera enviar este dispositivo à Lua no início 2030.
A China e o seu parceiro de exploração lunar, a Rússia, estão a discutir a possibilidade de construir uma central nuclear na Lua, informou a agência espacial russa Roscosmos no início deste mês.
Se os planos prosseguirem sem problemas, um reator nuclear China-Rússia poderá ser lançado entre 2033 e 2035, segundo a Roscosmos.
O veículo lunar chinês Yutu-2, alimentado por uma bateria nuclear isotópica radioativa russa, opera no lado oculto da Lua há mais de quatro anos, tornando-se a máquina construída pelo homem com maior duração na superfície lunar.
Wu e sua equipe disseram que a Rússia está fazendo o progresso mais rápido em pesquisa e desenvolvimento em algumas das principais tecnologias do campo, incluindo o combustível nuclear espacial.
Os pesquisadores disseram que o reator chinês irá gerar até 1.276 graus Celsius (2.328,8 Fahrenheit) através da fissão do combustível de urânio, excedendo em muito a temperatura operacional da maioria das usinas nucleares comerciais.
O calor intenso expandirá as formas líquidas dos elementos inertes hélio e xenônio em gases, acionando um gerador. A reação em cadeia produz nêutrons rápidos que permitirão um fornecimento de energia eficiente e contínuo por pelo menos 10 anos, afirmou o jornal.
Os cientistas afirmaram que ao usar lítio líquido podem tornar o reator menor, graças à alta condutividade térmica e ao baixo peso do elemento.
Tradicionalmente, um trocador de calor e um escudo contra radiação ocupam uma quantidade significativa de espaço nos projetos de reatores, mas Wu e seus colegas disseram ter desenvolvido uma tecnologia que combina esses dois componentes em um.
De acordo com o artigo, o trocador de calor do reator é feito de liga de tungstênio, o que pode proporcionar uma troca de calor eficiente no circuito, ao mesmo tempo que bloqueia a radiação prejudicial. Outras novas tecnologias incluem materiais resistentes à corrosão em altas temperaturas.
Nesta fase, a fonte de calor do protótipo é uma fonte de alimentação externa, com planos para adicionar barras de combustível nuclear para alcançar o pleno funcionamento nas próximas etapas do programa de testes, disseram os investigadores.
“Atualmente, foram realizados testes de operação de sistema integrado, incluindo circulação de circuito refrigerado a lítio, acoplamento de troca de calor entre os circuitos primário e secundário e [um] sistema fechado de geração de energia de Brayton”, disseram eles.
Os testes forneceram uma demonstração preliminar da viabilidade de acoplar um sistema de refrigeração à base de lítio a um gerador Brayton – desenvolvido no século 19 como motor a pistão e amplamente utilizado em voos espaciais motorizados.
“Testes de corrosão de materiais de liga de molibdênio também foram realizados em ambientes de alta temperatura”, disseram os pesquisadores.
Wu e sua equipe disseram que a demanda da China por energia de fissão nuclear provavelmente crescerá significativamente por volta de 2035 e que ainda há muito a fazer, incluindo a verificação prática de voo das tecnologias e hardware a bordo da estação espacial Tiangong e de outras espaçonaves.
Um foco principal de mais investigação e desenvolvimento para os cientistas será a segurança dos reactores nucleares durante o lançamento e as operações, com um requisito imperativo de que não haverá perigo de uma explosão nuclear, mesmo que um reactor caia de volta à Terra.
A equipe do projeto também planeja aplicar inteligência artificial à operação desenroscada de reatores espaciais a longo prazo, usando a tecnologia para diagnosticar e lidar automaticamente com quaisquer falhas.
Os institutos e universidades envolvidos no ambicioso projecto planejam reforçar ainda mais a sua coordenação e cooperação nos próximos anos. Os pesquisadores disseram que a maior e mais completa cadeia industrial da China também ajudará a concretizar o projeto.
Os reactores nucleares também poderiam apoiar outras atividades espaciais da China, incluindo a sua planeada missão tripulada à Lua e as ambições de desempenhar um papel de liderança na exploração interplanetária.
“Nosso país está em uma nova era”, disseram Wu e sua equipe. “Planejamos embarcar em missões de exploração do espaço profundo, como exploração lunar tripulada, exploração de asteroides, voo por Júpiter e exploração das bordas do sistema solar. [Os reatores espaciais] serão cruciais nesses esforços.”
Embora ainda exista uma lacuna na base de pesquisa e desenvolvimento de reatores espaciais entre a China, os EUA e a Rússia, os pesquisadores disseram acreditar que serão capazes de demonstrar aplicações da tecnologia em uma fase anterior à dos seus rivais, devido à sua abordagem coordenada.
Por Stephen Chen, de Pequim, para o South China Morning Post.
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