As próximas décadas de exploração espacial verão os astronautas retornarem à Lua, as primeiras missões tripuladas a Marte e missões robóticas ao Sistema Solar externo (entre outras coisas). Essas missões alavancarão tecnologias inovadoras que permitem trânsitos mais rápidos, estadias de longa duração e vida sustentável longe da Terra. Para este fim, a NASA e outras agências espaciais estão investigando aplicações nucleares, especialmente no que diz respeito à energia e propulsão. Muitas dessas propostas estão nos livros desde o início da era espacial e foram totalmente validadas.
Na terça-feira, 24 de janeiro , a NASA e a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) anunciaram que estavam lançando um acordo interagências para desenvolver um conceito de propulsão nuclear-térmica (NTP). O foguete nuclear proposto é conhecido como Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO), que permitiria missões de trânsito rápido a Marte (semanas em vez de meses). Este programa trifásico culminará com uma demonstração do DRACO em órbita, que deverá ocorrer no início de 2027.
Desde o início da Era Espacial, a NASA e outras agências espaciais consideraram várias propostas para espaçonaves nucleares. Estes podem ser agrupados em duas categorias: propulsão nuclear térmica e nuclear elétrica (NTP/NEP). Para o NTP, um reator nuclear aquece propulsor de deutério ou trítio (hidrogênio-2 ou -3) para criar plasma, que é então canalizado através de bocais para gerar impulso. Em um foguete NEP, um reator alimenta um propulsor Hall-Effect que ioniza o gás inerte (como o xenônio) e o acelera para gerar impulso. Enquanto o NEP oferece maior impulso específico (Isp) ou períodos mais longos de impulso, o NTP oferece maior impulso.
Várias propostas para sistemas NTP foram feitas nos últimos anos que poderiam reduzir o tempo de trânsito para Marte para menos de 100 dias – algumas até 45 dias ! Ter uma tecnologia de transporte mais rápida e eficiente é fundamental para missões tripuladas a Marte e é consistente com os Objetivos Lua a Marte da NASA . Usando foguetes convencionais, viajar para Marte levaria de seis a nove meses, e as missões só podem ser lançadas a cada 26 meses (coincidindo com uma Oposição de Marte ). Durante esses trânsitos, os astronautas serão expostos a níveis elevados de radiação solar e cósmica.
Eles também passarão todo o período em microgravidade, o que afeta seriamente a fisiologia humana. Por fim, viagens mais longas exigem mais suprimentos e espaço de armazenamento, que é limitado a bordo da espaçonave Orion , que funciona como sala de comando, dormitório e refeitório para sua tripulação. Um sistema de propulsão mais poderoso permite espaçonaves maiores que podem acomodar cargas científicas maiores e fornecer mais energia para instrumentação e comunicação. Como o administrador Bill Nelson disse em um recente comunicado de imprensa da NASA :
“A NASA trabalhará com nosso parceiro de longo prazo, DARPA, para desenvolver e demonstrar tecnologia avançada de propulsão térmica nuclear até 2027. Com a ajuda dessa nova tecnologia, os astronautas poderão viajar de e para o espaço profundo mais rápido do que nunca – uma capacidade importante para se preparar para missões tripuladas a Marte. Parabéns à NASA e à DARPA por este investimento empolgante, enquanto impulsionamos o futuro juntos.”
Pelo acordo, o Space Technology Mission Directorate (STMD) da NASA liderará o desenvolvimento técnico do motor térmico nuclear, que será integrado à espaçonave construída pela DARPA. A DARPA liderará o programa geral como autoridade contratante, supervisionando a integração e aquisição de sistemas de foguetes, aprovações, programação e outras considerações. A NASA e a DARPA colaborarão na montagem do motor antes da demonstração no espaço já em 2027. Disse a diretora da DARPA, Dra. Stefanie Tompkins:
“A DARPA e a NASA têm uma longa história de colaboração frutífera no avanço de tecnologias para nossos respectivos objetivos, desde o foguete Saturno V que levou humanos à Lua pela primeira vez até a manutenção robótica e reabastecimento de satélites. O domínio do espaço é crítico para o comércio moderno, descoberta científica e segurança nacional. A capacidade de realizar avanços na tecnologia espacial por meio do programa de foguetes térmicos nucleares DRACO será essencial para o transporte mais eficiente e rápido de material para a Lua e, eventualmente, de pessoas para Marte”.
Para a NASA, esforços anteriores para desenvolver tecnologias nucleares para exploração espacial incluem o Motor Nuclear para Aplicação de Veículos Foguetes (NERVA), que foi testado com sucesso em 1964 e 1969. Geradores Termoelétricos Radioisótopos (RTGs) foram testados no espaço desde 1961 e fizeram parte de os experimentos de superfície das missões Apollo . Desde então, Geradores Termoelétricos de Radioisótopos Multi-Missão (MMRTG) alimentaram sondas robóticas como as missões Viking , Voyager , Galileo, Cassini e New Horizons , e os rovers Curiosity e Perseverance .
A NASA, o Departamento de Energia (DOE) e parceiros comerciais e industriais também estão trabalhando para realizar tecnologias nucleares para múltiplos perfis de missão. Isso inclui o projeto Fission Surface Power da NASA , que expande seu projeto Kilopower Reactor Using Sterling TechnologY (KRUSTY) para desenvolver reatores nucleares que poderiam alimentar missões de longa duração na Lua, em Marte e além. Em junho, a NASA e o DOE concederam três esforços de design comercial para desenvolver conceitos de usinas nucleares que poderiam ser usadas na superfície da Lua e, posteriormente, em Marte.
Este ano, o programa de Conceitos Avançados Inovadores da NASA (NIAC) concedeu contratos de Fase I para várias tecnologias nucleares propostas. Isso inclui um reator híbrido de fusão/fissão rápida que alimentaria uma missão para Europa, um motor nuclear-térmico que poderia permitir missões a Marte em apenas 45 dias e uma bateria nuclear em miniatura que poderia permitir missões CubeSat para o Sistema Solar externo. . Disse Jim Reuter, administrador associado da STMD.
“Com esta colaboração, alavancaremos nossa experiência adquirida em muitos projetos anteriores de propulsão e energia nuclear espacial. Materiais aeroespaciais recentes e avanços de engenharia estão permitindo uma nova era para a tecnologia nuclear espacial, e esta demonstração de voo será uma grande conquista para estabelecer uma capacidade de transporte espacial para uma economia Terra-Lua”.
